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现实生活中常涉及一些计数问题,此类问题背景新颖,具有较强的实际意义与时代气息. 这样的试题不拘泥于具体的知识点,而且在文科数学试卷中出现的频率比较高. 求解此类问题不仅需要排列、组合的知识做基础,更要具备一定的阅读理解能力,良好的数学应用意识。将此类实际问题抽象提纯为数学问题的建模意识,不仅能够考查分类讨论、等价转化、函数与方程等思想方法,而且对培养数学思维是不可多得的素材. 特别是对文科生,建立了这样的思想方法后,就可以较好地解答这类题目.下面举例分析,希望能够对同学们有所帮助.
一、穷举计数
例1 某电脑用户计划使用不超过500元的资金购买单价分别为60元、70元的单片软件和盒装磁带,根据需要软件至少买3片,磁带至少买2盒。则不同的选购方式共有( )
A. 5种 B. 6种 C. 7种 D. 8种
故不同的选购方式共有7种,应选C.
例2 在一块并排10垄的田地中,选择2垄分别种植A,B两种作物,每种作物种植一垄。为有利于作物生长,要求A,B两种作物的间隔不小于6垄,则不同的选垄方式共有 种(用数字作答).
【解析】画图法——用×表示种上作物的地垄,O表示没有种上作物的地垄,则合乎题意的不同用地方式可画图穷举如下:
共6种,对于每种用地方式,地垄上所种的两种作物可以互换位置,即有两种不同的种植方式,故合乎题意的不同选垄方法共有12种.
〖点评〗上述两例可以认为是排列、组合问题,但却不能归结为排列、组合数学中的某项知识,与其说运用了组合计数的方法,倒不如说是运用了返璞归真,回归原始的列举法;与其说运用了加法原理与乘法原理,倒不如说是运用了分类讨论的思想.这样的试题,把它归结考查某种思维方法是自然的,而归结为考查某几个知识点就显得牵强附会,高考试题的这种导向应引起我们的注意.
二、对应计数
例3 在100名选手之间进行单循环淘汰赛(即一场的比赛结果,失败者退出比赛),最后产生一名冠军,则一共要举行 比赛.
【解析】要产生一名冠军,需要淘汰掉冠军以外的所有其他选手,也就是要淘汰99名选手,每淘汰一名选手就要进行一场比赛;反之,每进行一场比赛就要淘汰一名选手,两者是一一对应的,故一共要进行99场比赛.
〖点评〗此题若采用常规思维方法,就会使求解过程变得复杂,而换一种思维方式,则使人豁然开朗,步入新境. 这种创新思维方式,能使人从“山穷水尽”到“柳暗花明”。利用对应计数,其实质是用转化的思想去寻找解题途径,只要转化得当,求解过程常常是妙不可言.
三、集合计数
例4 对某城市1000户的居民生活水平进行调查,统计结果有空调819户,汽车682户,空调和汽车二者都有的535户,则空调和汽车至少有一种的有
户.
【解析】如图1所示,设有空调的集合为A,有汽车的集合为B,则n(A)=819,n(B)=682,n(A∩B)=535.故空调和汽车至少有一种的有n(A∪B)=n(A)+n(B)-n(A∩B)=819+682-535=966.
故所求结果为966户.
〖点评〗借助集合运算的文氏图形式,可清晰地显示问题的实质,有利于不重不漏计数的进行.
四、分类计数
例5 甲、乙、丙、丁、戊5名学生进行某种劳动技术比赛,决出了第一到第五名的名次,甲、乙两名参赛者去询问成绩,回答者对甲说:“很遗憾,你与乙都未拿到冠军.”对乙说:“你当然不会是最差的.”从这个回答分析,5人的名词排列共可能有
(用数字作答)种不同情况.
【解析】转化为数学模型,问题等价于“甲、乙、丙、丁、戊5名学生排队,其中甲不排头,乙既不排头也不排尾,共有多少种排法?”按甲分两类探求:第一类,甲排尾共有3P33种;第二类,甲不排尾,共有P32P33种. 则由加法原理,共有3P33+P32P33=54种不同的情况.
〖点评〗考虑所有可能情况,分类研究,化整为零,各个击破,利用加法原理计数,有利于降低问题的难度,促使问题解决. 分类计数是处理这类问题最基本、最有效的方式之一.
五、分步计数
例6 乒乓球队的10名队员中有3名主力队员,派5名参加比赛. 3名主力队员要安排在一、三、五位置,其余7名队员选2名安排在第二、第四位置,那么不同的出场安排共有 场.
【解析】分步探求:第一步,先安排第一、三、五位置,有P33种;第二步,安排二、四位置,有P72种. 根据乘法原理,不同的出场安排共有P33×P72=252种.
〖点评〗细致地观察命题层次,视其特点分步,依次向前推进,运用乘法原理计数,抓住了问题的切入点.
活学活用
1. 某初中学校新学期开学有10位学生因家庭搬迁转入此校八年级学习,把10位同学分入八年级的1,2,3三个班,使得分到班级的人数不小于班级编号数,那么这种各班所分人数的不同分法共有( )
A. 9种 B. 12种 C. 15种 D. 18种
2. 欲将一张100元的人民币换成零钱,已知现有足够10元、20元、50元的人民币,问共有 种不同的换法.
3. 从5门不同的文科学科和4门不同的理科学科中任选4门,组成一组综合高考科目组,若要求这组科目中文理科都有,则不同的选法的种数为 (用数字作答).
4. 某城市中M、N两地之间有整齐的道路网,如图2所示。若规定向东或向北两个方向沿图中矩形的边前进,则从M到N不同的走法共有( )
A. 25种 B. 15种
C. 13种 D. 10种
参考答案:1. C 2. 10 3. 120 4. B
一、穷举计数
例1 某电脑用户计划使用不超过500元的资金购买单价分别为60元、70元的单片软件和盒装磁带,根据需要软件至少买3片,磁带至少买2盒。则不同的选购方式共有( )
A. 5种 B. 6种 C. 7种 D. 8种
故不同的选购方式共有7种,应选C.
例2 在一块并排10垄的田地中,选择2垄分别种植A,B两种作物,每种作物种植一垄。为有利于作物生长,要求A,B两种作物的间隔不小于6垄,则不同的选垄方式共有 种(用数字作答).
【解析】画图法——用×表示种上作物的地垄,O表示没有种上作物的地垄,则合乎题意的不同用地方式可画图穷举如下:
共6种,对于每种用地方式,地垄上所种的两种作物可以互换位置,即有两种不同的种植方式,故合乎题意的不同选垄方法共有12种.
〖点评〗上述两例可以认为是排列、组合问题,但却不能归结为排列、组合数学中的某项知识,与其说运用了组合计数的方法,倒不如说是运用了返璞归真,回归原始的列举法;与其说运用了加法原理与乘法原理,倒不如说是运用了分类讨论的思想.这样的试题,把它归结考查某种思维方法是自然的,而归结为考查某几个知识点就显得牵强附会,高考试题的这种导向应引起我们的注意.
二、对应计数
例3 在100名选手之间进行单循环淘汰赛(即一场的比赛结果,失败者退出比赛),最后产生一名冠军,则一共要举行 比赛.
【解析】要产生一名冠军,需要淘汰掉冠军以外的所有其他选手,也就是要淘汰99名选手,每淘汰一名选手就要进行一场比赛;反之,每进行一场比赛就要淘汰一名选手,两者是一一对应的,故一共要进行99场比赛.
〖点评〗此题若采用常规思维方法,就会使求解过程变得复杂,而换一种思维方式,则使人豁然开朗,步入新境. 这种创新思维方式,能使人从“山穷水尽”到“柳暗花明”。利用对应计数,其实质是用转化的思想去寻找解题途径,只要转化得当,求解过程常常是妙不可言.
三、集合计数
例4 对某城市1000户的居民生活水平进行调查,统计结果有空调819户,汽车682户,空调和汽车二者都有的535户,则空调和汽车至少有一种的有
户.
【解析】如图1所示,设有空调的集合为A,有汽车的集合为B,则n(A)=819,n(B)=682,n(A∩B)=535.故空调和汽车至少有一种的有n(A∪B)=n(A)+n(B)-n(A∩B)=819+682-535=966.
故所求结果为966户.
〖点评〗借助集合运算的文氏图形式,可清晰地显示问题的实质,有利于不重不漏计数的进行.
四、分类计数
例5 甲、乙、丙、丁、戊5名学生进行某种劳动技术比赛,决出了第一到第五名的名次,甲、乙两名参赛者去询问成绩,回答者对甲说:“很遗憾,你与乙都未拿到冠军.”对乙说:“你当然不会是最差的.”从这个回答分析,5人的名词排列共可能有
(用数字作答)种不同情况.
【解析】转化为数学模型,问题等价于“甲、乙、丙、丁、戊5名学生排队,其中甲不排头,乙既不排头也不排尾,共有多少种排法?”按甲分两类探求:第一类,甲排尾共有3P33种;第二类,甲不排尾,共有P32P33种. 则由加法原理,共有3P33+P32P33=54种不同的情况.
〖点评〗考虑所有可能情况,分类研究,化整为零,各个击破,利用加法原理计数,有利于降低问题的难度,促使问题解决. 分类计数是处理这类问题最基本、最有效的方式之一.
五、分步计数
例6 乒乓球队的10名队员中有3名主力队员,派5名参加比赛. 3名主力队员要安排在一、三、五位置,其余7名队员选2名安排在第二、第四位置,那么不同的出场安排共有 场.
【解析】分步探求:第一步,先安排第一、三、五位置,有P33种;第二步,安排二、四位置,有P72种. 根据乘法原理,不同的出场安排共有P33×P72=252种.
〖点评〗细致地观察命题层次,视其特点分步,依次向前推进,运用乘法原理计数,抓住了问题的切入点.
活学活用
1. 某初中学校新学期开学有10位学生因家庭搬迁转入此校八年级学习,把10位同学分入八年级的1,2,3三个班,使得分到班级的人数不小于班级编号数,那么这种各班所分人数的不同分法共有( )
A. 9种 B. 12种 C. 15种 D. 18种
2. 欲将一张100元的人民币换成零钱,已知现有足够10元、20元、50元的人民币,问共有 种不同的换法.
3. 从5门不同的文科学科和4门不同的理科学科中任选4门,组成一组综合高考科目组,若要求这组科目中文理科都有,则不同的选法的种数为 (用数字作答).
4. 某城市中M、N两地之间有整齐的道路网,如图2所示。若规定向东或向北两个方向沿图中矩形的边前进,则从M到N不同的走法共有( )
A. 25种 B. 15种
C. 13种 D. 10种
参考答案:1. C 2. 10 3. 120 4. B