解答排列组合问题的常见技巧

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  排列组合是高中数学中的重点内容,具有较强的抽象性和灵活性,很多同学在解答排列组合题时经常会得出各种错误的答案,针对这种情况,笔者对排列组合问题的常见解题技巧进行了总结,以供大家参考。
  一、位置优先法
  位置优先法也称为特殊元素法,是优先考虑有特殊要求的元素或者位置的方法,该方法主要适用于对某些元素有特殊要求的排列组合问题,在运用位置优先法解题时,我们首先要明确有特殊要求的元素或者位置,将其优先排列,然后再处理其他没有要求的元素。
  例1.由0-5个数字组成没有重复字数的五位数,且这个五位数为奇数,那么一共有多少个这样的数字?
  解析:该五位数为奇数,对数字的首位数与个位数有特殊要求,我们需要运用位置优先法来解题,它的个位数必须为奇数,只能为1.3.5.有三种选择;而首位数不能够为0.只能取1.2.3.4.5.有5种选择,然后我们再处理剩余的元素。
  解:如图1.首先,对个位数字进行排列,一共有c31种排列;
  然后,对首位数字进行排列,一共有c41种排列;
  最后,对中间的数字进行排列,一共有A43种排列;
  由分步计数原理可得C41C31C43=288种排列,即一共有288个这样的数字。
  二、穷举法
  穷举法主要就是结合具体的解题需求,将研究对象一一罗列出来,之后逐一对其进行分析、加工,判断其结果是否满足题设条件,该方适用于较为复杂的排列组合问题。
  例2.现有编号为1-5的5个小球,若将这5个球投入到1.2.3.4.5的5個小盒子中,要求每个盒子中有且只有1个球,则恰好有两个盒子的编号与投入小球编号相同的投放方法多少种?
  解析:若从5个小球中选择两个,将其与编号相对应的盒子放在一起,则一共有c52种方法,然后将剩余的3个小球放入剩余的三个盒子中,且使小球的编号与盒子的编号不同,如图2.当3号小球投入到4号盒子时,剩余两个小球有且仅有一种放置方法,同理将3号小球放入到5号盒子中,剩余两个小球有且只有一种放置方法,则共有2C52=20种投放方法。
  三、先选后排法
  先选后排法一般用于较为复杂的排列组合混合问题,在解题时,我们需要认真审题,分析其中的元素,先选定需要排列的对象,之后再对其进行排列,解题会用到分步计数原理和分类计数原理。
  例3.某外商计划在4个候选城市中投资3个不同的项目,且在同一个城市投资的项目不超过2个,则该外商不同的投资方案有__种。
  解析:本题需要分两种情况:
  (1)在一个城市投资2个项目,在另一城市投资1个项目,将项目分成2个与1个,有c323种;在4个城市当中,选择2个城市作为投资对象,有A42=12种,这种情况共有3×12=36种。
  (2)有三个城市各获得一个投资的项目,获得投资项目的城市有c43=4种;安排项目与城市对应,有A33=6种,这种情况共有4x6=24种。
  综上,该外商不同的投资方案共有36+24=60种,
  本题主要运用先选后排法解题,我们首先需要选出在4个城市投资的方案,然后再进行排列。
  四、求幂法
  求幂策略主要适用于重排问题,重排问题是指将n个元素重新排列,且每个元素均不受位置的限制,可以逐一安排位置的问题,一般地,将n个没有限制的元素安排到m个位置上有mn种排列方法,
  例4.将7个人分为两组,第一组3人,第二组4人,则有多少种排法?
  解析:本题属于重排问题,可以分两步完成,首先,先选a、b、c作为第一组,排列方法为A33种;然后排第二组,第二组有4人,排列方法有A44种,由分步计数原理可得共有A33-A44=5040种方法,
  要想成功地解答排列组合问题,同学们需要仔细分析题目的条件,确定问题的类型,然后选择相应的方法来解题,梳理好解题的思路是解答排列组合问题的关键。
  (作者单位:江苏省滨海县八滩中学)
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