捆绑法和插空法的运用和联系

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  捆绑法和插空法是解排列组合问题的重要方法之一,主要用于解决“相邻问题”及“不邻问题”.总的解题原则是“相邻问题捆绑法,不邻问题插空法”.在实际教学过程中,我发现学生经常碰到这样的困惑,就同一类型的题目,表达的形式有所变化,就很难用已解过的题目的方法去解决它,从而降低了学习效率.下面结合有关捆绑法和插空法的不同变化形式,以实际例题详细讲解.
  “相邻问题”捆绑法,即在解决对于某几个元素要求相邻的问题时,先将其“捆绑”后整体考虑,也就是将相邻元素视作“一个”大元素进行排序,然后再考虑大元素内部各元素间排列顺序的解题策略.
  例1 若有A,B,C,D,E五个人排队,要求A和B两个人必须站在相邻位置,则有多少种排队方法?
  解析 题目要求A和B两个人必须排在一起,首先将A和B两个人“捆绑”,视其为“一个人”,也即对“A,B”,C,D,E“四个人”进行排列,有24种排法.又因为捆绑在一起的A,B两人也要排序,有2种排法.根据分步乘法原理,总的排法有48种.
  例2 有8本不同的书,其中数学书3本,外语书2本,其他学科书3本.若将这些书排成一列放在书架上,让数学书排在一起,外语书也恰好排在一起的排法共有多少种?
  解析 把3本数学书“捆绑”在一起看成一本大书,2本外语书也“捆绑”在一起看成一本大书,与其他3本书一起看作5个元素,共有120种排法;又3本数学书有6种排法,2本外语书有2种排法.根据分步乘法原理共有排法1440种.
  提示 运用捆绑法解决排列组合问题时,一定要注意“捆绑”起来的大元素内部的顺序问题.解题过程是“先捆绑,再排列”.
  “不邻问题”插空法,即在解决对于某几个元素要求不相邻的问题时,先将其他元素排好,再将指定的不相邻的元素插入已排好元素的间隙或两端位置,从而将问题解决的策略.
  例3 若有A,B,C,D,E五个人排队,要求A和B两个人必须不站在一起,则有多少种排队方法?
  解析 题目要求A和B两个人必须隔开.首先将C,D,E三个人排列,有6种排法;若排成DCE,则D,C,E“中间”和“两端”共有四个空位置,也即是:〕 D〕 C〕 E〕,此时可将A,B两人插到四个空位置中的任意两个位置,有12种插法.由乘法原理,共有排队方法72种.
  例4 在一张节目单中原有6个节目,若保持这些节目相对顺序不变,再添加进去3个节目,则所有不同的添加方法共有多少种?
  解析 直接解答较为麻烦,可根据插空法去解题,故可先用一个节目去插7个空位(原来的6个节目排好后,中间和两端共有7个空位),有7种方法;再用另一个节目去插8个空位,有8种方法;用最后一个节目去插9个空位,有9种方法.由乘法原理得:所有不同的添加方法为7 × 8 × 9 = 504(种).
  例5 一条马路上有编号为1,2,…,9的九盏路灯,为了节约用电,可以把其中的三盏关掉,但不能同时关掉相邻的两盏或三盏,则所有不同的关灯方法有多少种?
  解析 若直接解答须分类讨论,情况较复杂.故可把六盏亮着的灯看作六个元素,然后用不亮的三盏灯去插7个空位,共有35种方法,再重头编号,就对应要求的一种亮灯和灭灯的方式,因此所有不同的关灯方法有35种.
  练习 某校庆新春联欢活动,高三年级的8个班每一个班都准备了一个节目,且节目单已排好.节目开始前又增加了3个教师节目,其中两个独唱节目,一个朗诵节目.如果将这3个节目插入到原节目单中,要求教师节目不排在第一个,也不排在最后一个,并且教师的两个独唱节目不连续演出,那么不同的排法有(〓〓).
  A. 294种〓〓B. 308种〓〓C. 378种〓〓D. 392种
  答案 D
  提示 运用插空法解决排列组合问题时,一定要注意插空位置“先排列,再插空”.
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