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摘要:本文通过两个原理、两个概念、两种方法、两个“特殊”、两种“分法”的分析,阐述了解排列组合应用题的基本思路和一般方法,解决学生解题时不知如何下手的问题。
关键词:加法原理,乘法原理,排列,组合,元素,位置。
排列与组合是中学数学中一个独立的篇章,虽然与旧知识联系不多,但内容比较抽象,解题方法也比较灵活。学生在初学时感到不适应,往往是听懂容易,着手解题时不知如何入手。针对这种情况,笔者在教学时作出如下尝试:
一、分清两个原理
加法原理和乘法原理的本质区别是“分类”与“分步”。 “分类”中的“类”在加法原理中是并列关系,每类方式中的每一种方法均可独立完成这件事;而“分步”中的“步”在乘法原理中是相互依存的关系,只有依次完成每个步骤后,这件事才能完成。其次这两个原理又是相互渗透的,在有些分类计数中,某些类别要分步完成,加法原理中含有乘法原理;在有些分步计数中,某些步要分类处理,乘法原理中含有加法原理。同时注意分类不重复不遗漏,分步骤要连续完整。
例1 把4封不同的信投入A、B、C三个邮箱,A中至少投1封,B中至少投2封,有几种投法?
解:由于A、B的限制,我们分三类来处理:
第一类:A中1封,B中2封,C中1封,共有12(种)。
第二类:A中1封,B中3封,C中0封,共有4(种)。
第三类:A中2封,B中2封,C中0封,共有6(种)
由加法原理:符合条件的投法共有:N=12+4+6=22(种)
这是加法原理和乘法原理相互区别又相互渗透的例子。
二、分清两个概念
排列与组合的区别在于:排列与顺序有关,组合则与顺序无关。没有附加条件的排列组合问题,常常从元素的位置有无次序上进行区分。有附加条件的排列常表现为“邻与不邻”的问题和“在与不在”的问题;有附加条件的组合常表现为“含与不含”的问题。
例2 (1)从全班42人中选出5人分别担任政治、语文、数学、物理、化学五门课的代表,其中政治课代表必须要班长或副班长担任,问有多少种不同的选法?
(2)从全班42人中选了5个代表参加会议,其中班长或副班长必须有1人在内,问有多少种不同的选法?
解:这两个题都是从全班42人中要选出5人当代表,要求有多少种不同的选法的问题。但(1)中5人担任的是不同的工作,以人为元素,以分工为位置,则每分工一次就相当于将5个不同的元素在5个不同的位置上排列一次,故属排列问题。附加条件是某元素必须“在”某位置上,因此(1) 种选法。
(2)中5人担任的是相同的工作,没有不同的分工,也就是说5个元素无次序之分,属组合问题。附加条件是某元素必须“含”在某组内,因此(2)有 种选法。
三、采用两种方法:直接法和间接法
直接法就是从题设条件出发,直接求出符合条件的答案的方法;而间接法是先求一个总体数目,再除去不合适的种数。
例3 平面上有9个红点,5个黄点,其中有2个红点和2个黄点在一条直线上,此外无任何三点共线,以这些点为顶点作三角形,其中三个顶点的颜色不完全相同的三角形有多少个?
解:采用直接法求解,可分两类:一类含2个红点,1个黄点:另一类含1个红点,2个黄点。每类中都要考虑共线的四点与其它点的区别。结果为:N=266(个)
此法稍有不慎就会重复或遗漏。
采用间接法求解:先让颜色满足条件,再除去三点共线的情况。
比较两种解法,就会发现后者具有明显的优越性。对于一个题目,究竟采用哪种方法,取决于哪种方法最省力。尤其是在解决含有“至少”、“至多”这些条件时,应考虑间接法较好。
四、选择好“特殊元素”或“特殊位置”
排列问题中涉及的事物,无非是元素和位置两种,这就决定了解排列问题的两种基本思路:从元素出发分析各种可能出现的情况;或从位置出发分析元素安排的可能情况。考虑到解题过程的简单合理,一般是先从特殊元素或特殊位置出发。
例4 从宣传队的7人中,要选出5人站成一排做表演。其中正、副队长既不站排头又不站排尾的站法有多少种?
解法一 若从正、副队长这两个特殊元素出发,则分三类:
(1)不含正、副队长的排法;(2)正、副队长必须站在中间三个位置上的排法;(3) 正、副队长只有一人排在内的排法。则共有:N=1200(种)
解法二 若从排头和排尾这两个特殊位置出发,这两个位置安排正、副队长以外的5人中任意两人,再从剩下的5人中任选取3人排在中间三个位置上。根据乘法原理,共有
N=1200(种)
解法一是先从满足特殊元素出发,而解法二是从先满足特殊位置出发的。要从先满足特殊要求出发,谁最特殊,谁的条件最强就应先满足谁,有利于把问题简化。
总之,解决排列组合应用题,应掌握一些典型的分析方法,上述方法是基本的,但不是固定的,针对题设条件,可采用各种灵活的方法。
参考文献:1、《高中代数》
2、《中学数学教与学》
作者简介:李元玉,女,(1963.10.20),重庆市合川区人,大学本科,重庆水利电力职业技术学院副教授。主要从事高等数学的教学与研究。
关键词:加法原理,乘法原理,排列,组合,元素,位置。
排列与组合是中学数学中一个独立的篇章,虽然与旧知识联系不多,但内容比较抽象,解题方法也比较灵活。学生在初学时感到不适应,往往是听懂容易,着手解题时不知如何入手。针对这种情况,笔者在教学时作出如下尝试:
一、分清两个原理
加法原理和乘法原理的本质区别是“分类”与“分步”。 “分类”中的“类”在加法原理中是并列关系,每类方式中的每一种方法均可独立完成这件事;而“分步”中的“步”在乘法原理中是相互依存的关系,只有依次完成每个步骤后,这件事才能完成。其次这两个原理又是相互渗透的,在有些分类计数中,某些类别要分步完成,加法原理中含有乘法原理;在有些分步计数中,某些步要分类处理,乘法原理中含有加法原理。同时注意分类不重复不遗漏,分步骤要连续完整。
例1 把4封不同的信投入A、B、C三个邮箱,A中至少投1封,B中至少投2封,有几种投法?
解:由于A、B的限制,我们分三类来处理:
第一类:A中1封,B中2封,C中1封,共有12(种)。
第二类:A中1封,B中3封,C中0封,共有4(种)。
第三类:A中2封,B中2封,C中0封,共有6(种)
由加法原理:符合条件的投法共有:N=12+4+6=22(种)
这是加法原理和乘法原理相互区别又相互渗透的例子。
二、分清两个概念
排列与组合的区别在于:排列与顺序有关,组合则与顺序无关。没有附加条件的排列组合问题,常常从元素的位置有无次序上进行区分。有附加条件的排列常表现为“邻与不邻”的问题和“在与不在”的问题;有附加条件的组合常表现为“含与不含”的问题。
例2 (1)从全班42人中选出5人分别担任政治、语文、数学、物理、化学五门课的代表,其中政治课代表必须要班长或副班长担任,问有多少种不同的选法?
(2)从全班42人中选了5个代表参加会议,其中班长或副班长必须有1人在内,问有多少种不同的选法?
解:这两个题都是从全班42人中要选出5人当代表,要求有多少种不同的选法的问题。但(1)中5人担任的是不同的工作,以人为元素,以分工为位置,则每分工一次就相当于将5个不同的元素在5个不同的位置上排列一次,故属排列问题。附加条件是某元素必须“在”某位置上,因此(1) 种选法。
(2)中5人担任的是相同的工作,没有不同的分工,也就是说5个元素无次序之分,属组合问题。附加条件是某元素必须“含”在某组内,因此(2)有 种选法。
三、采用两种方法:直接法和间接法
直接法就是从题设条件出发,直接求出符合条件的答案的方法;而间接法是先求一个总体数目,再除去不合适的种数。
例3 平面上有9个红点,5个黄点,其中有2个红点和2个黄点在一条直线上,此外无任何三点共线,以这些点为顶点作三角形,其中三个顶点的颜色不完全相同的三角形有多少个?
解:采用直接法求解,可分两类:一类含2个红点,1个黄点:另一类含1个红点,2个黄点。每类中都要考虑共线的四点与其它点的区别。结果为:N=266(个)
此法稍有不慎就会重复或遗漏。
采用间接法求解:先让颜色满足条件,再除去三点共线的情况。
比较两种解法,就会发现后者具有明显的优越性。对于一个题目,究竟采用哪种方法,取决于哪种方法最省力。尤其是在解决含有“至少”、“至多”这些条件时,应考虑间接法较好。
四、选择好“特殊元素”或“特殊位置”
排列问题中涉及的事物,无非是元素和位置两种,这就决定了解排列问题的两种基本思路:从元素出发分析各种可能出现的情况;或从位置出发分析元素安排的可能情况。考虑到解题过程的简单合理,一般是先从特殊元素或特殊位置出发。
例4 从宣传队的7人中,要选出5人站成一排做表演。其中正、副队长既不站排头又不站排尾的站法有多少种?
解法一 若从正、副队长这两个特殊元素出发,则分三类:
(1)不含正、副队长的排法;(2)正、副队长必须站在中间三个位置上的排法;(3) 正、副队长只有一人排在内的排法。则共有:N=1200(种)
解法二 若从排头和排尾这两个特殊位置出发,这两个位置安排正、副队长以外的5人中任意两人,再从剩下的5人中任选取3人排在中间三个位置上。根据乘法原理,共有
N=1200(种)
解法一是先从满足特殊元素出发,而解法二是从先满足特殊位置出发的。要从先满足特殊要求出发,谁最特殊,谁的条件最强就应先满足谁,有利于把问题简化。
总之,解决排列组合应用题,应掌握一些典型的分析方法,上述方法是基本的,但不是固定的,针对题设条件,可采用各种灵活的方法。
参考文献:1、《高中代数》
2、《中学数学教与学》
作者简介:李元玉,女,(1963.10.20),重庆市合川区人,大学本科,重庆水利电力职业技术学院副教授。主要从事高等数学的教学与研究。