解决排列组合问题的小策略

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   排列、组合问题方法多变,题目具有一定的灵活性.现选部分题型分析如下,希望对大家有所帮助.
   1.特殊元素或位置优先法
   对于有附加条件的排列、组合问题,一般应先考虑特殊元素或位置,再考虑其它元素和位置.
   例12名老师和3名获奖学生排成一排照相留念,若老师不排在两端,则共有不同的排法多少种.
   解析:
   法一:优先考虑对特殊元素(老师)的排法,因老师不排在两端,故可在中间三个位置上来排,有A23种排法.剩下的位置由3名学生全排列,有A33种排法.因此共有A23A33=36种不同的排法.
   法二:优先考虑对特殊位置(两端)的排法,因老师不排在两端,考虑从3名获奖学生中选两人排在两端,有A23种排法,其他三人站另三个位置,有A33种排法,因此共有A23A33=36种不同的排法.
  
  例2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第一、三、五位置,其余7名队员选2名安排在第二、四位置,那么不同的出场安排共有种(用数字作答).
  解析:3名主力的位置确定在一、三、五位中选择,将他们优先安排,有A33种可能;然后从其余7名队员选2名安排在第二、四位置,有A27种排法.因此结果为A33A27=252种.
  
   2.相邻问题“捆绑法”
  把相邻的若干特殊元素“捆绑”为一个“整体元素”,与其余元素进行全排列,就是“捆绑法”.不过要注意被捆绑的“集团”内部还需要进行相应的排列.
  例3有8本不同的书,其中数学书3本,外文书2本,其他书3本,若将这些书排成一列放在书架上,则数学书恰好排在一起,外文书也恰好排在一起的排法共有种(结果用数字表示).
  解析:将数学书与外文书分别捆在一起与其它3本书一起排,有A55种排法,再将3本数学书之间交换有A33种方法,2本外文书之间交换有A22种,故共有A55A33A22=1440种排法.
  评述:这里需要说明的是,有一类问题是两个已知元素之间有固定间隔时,也用“捆绑法”解决.如:7个人排成一排,要求其中甲乙两人之间有且只有一人,问有多少种不同的排法?可将甲乙两人和中间所插一人“捆绑”在一起做“整体元素”,但甲乙两人位置可对调,而且中间一人可从其余5人中任取,故共有C15A22A55=1200种排法.
  
   3.不相邻问题“插空法”
  对于某几个元素要求不相邻的排列问题,可先将余下的元素进行排列,然后在这些元素形成的空隙中将不相邻的元素进行排列.
  例4某班新年联欢会原定的5个节目已排成节目单,开演前又增加了两个新节目.如果将这两个节目插入原节目单中,且两个新节目不相邻,那么不同插法的种数为.
  解析:原来的5个节目中间和两端可看作分出6个空位.将两个新节目不相邻插入,相当于从6个位置中选2个让它们按顺序排列,故有A26=30种排法.
  评述:本题中的原有5个节目不需要再排列,这一点要注意.请练习以下这道题:马路上有编号为1、2、3、…,10的十盏路灯,为节约用电又能照明,现准备把其中的三盏灯关掉,但不能关掉相邻的两盏或三盏,两端的灯也不许关掉,求不同的关灯方式有多少种?可得结果为C36=20种.你能很快求解吗?
  
   4. 重复排列“人选房间法”
   重复排列问题关键是看哪类元素必须用完,谁用完就以谁为主.把为主的元素看作“人”,为辅的元素看作“房间”,则通过“人住房间法”可顺利解题.
  例55名同学争夺3项比赛冠军,获得冠军的可能性有种.
  解析: 每个人不一定都获得冠军,但每个冠军必有相应的归属,所以冠军这个“元素”必须用完.从而把3项冠军看作3个“人”,5名学生看作5个“房间”,他们都可住进任意一家“房间”,每个人都有5种可能,因此共有53种不同的结果.
  评述:类似问题较多.如:将5封信放入3个邮筒中,有多少种不同的结果?这时5封信是“人”,3个邮筒是“房间”,故共有35种结果.要注意这两个问题的区别.
  
   5. 排列组合混合问题“先选后排或边选边排”
  问题中既有元素的限制,又有排列的问题,一般是先组合后排列.
  例6从1,3,5,7,9中任取三个数,从2,4,6,8中任取两个数字,可以组成多少千位和十位数字只能是奇数的无重复数字的五位数?
  解法一:第一步从1,3,5,7,9中任取三个数有C35种,第二步从2,4,6,8中任取两个数有C24种,第三步从三个所选奇数中选两个数放在千位和十位有A23种,第四步剩三个数放在三个位置上有A33种,
  所以共有C35·C24·A23·A33=2160个满足条件的五位数.
  解法二:第一步从1,3,5,7,9中任取两个数排在千位和十位有A25种,第二步从剩三个奇数中选一个排在剩三位中的一位有C13A13种,再从2,4,6,8中选出两个排在剩两位中有A24种,所以共有A25·C13·A13·A24=2160个满足条件的五位数.
  
   6.较复杂问题 “科学分类法”
  对于较复杂的排列组合问题,由于情况繁多,因此要对各种不同情况,进行科学分类,以便有条不紊地进行解答,避免重复或遗漏现象发生.
  例7某单位邀请10位教师中的6位参加一个会议,其中甲,乙两位不能同时参加,则邀请的不同方法有种.
  解析:按要求:甲、乙不能同时参加分成以下几类:
  ①甲参加,乙不参加,那么从剩下的8位教师中选出5位,有C58=56种;
  ②乙参加,甲不参加,同①有56种;
  ③甲、乙都不参加,那么从剩下的8位教师中选出6位,有C68=28种.
  故共有56+56+28=140种.
  
   7. “间接法”
  含“至多”或“至少”的排列组合问题,是需要分类的问题,可用间接法,即排除法(总体去杂).即将总体中不符合条件的排列或组合剔除掉,从而计算出符合条件的排列组合数.
  例8从6名男生,5名女生中任选4人参加竞赛,要求男女至少各1名,有多少种不同的选法?
  解析:此题从正面考虑的话情况比较多,如果采用间接法,男女至少各一人的反面就是分别只选男生或者女生,这样就可以变化成C411-C46-C45=310.
  评述:这种方法适用于反面的情况明确且易于计算的问题.
  
   8. 相同元素的分组用“隔板法”
  在元素无区别分配问题中,通常考虑用挡板模型来解决,但一定要注意题目给出的条件,否则极易出错.
  例9从5个班中选10人组成一个篮球队(无任何要求),有几种选法?
  解析:
  方法一:因为把10个指标分成5个部分,只须4块隔板,称为第一类元素,10个指标为第二类元素,这样共有14个元素.当这些元素都有区别时共有A1414种排法,但10个指标,4块挡板各组之间不管怎么变化,其实就是一种情况.所以共有A1414A1010A44=1001种不同分法.
  方法二:题目相当于将10个名额分配至5个班级,所以只要在10个相同的元素之间插入4块隔板即可.这样的话,在14个空位上选4个位置放隔板或选10个位置放名额,事情都会解决,即有C414=C1014=1001种分法.
  评述:类似问题较多.如:方程x+y+z+m+n=10的非负整数解有多少个?你能很快求解吗?(答案依旧是C414=C1014=1001)若再改一下:方程x+y+z+m+n=10的正整数解有多少个?(答案是C49=126)能否注意到两者之间的区别?
  以上方法是解决排列组合问题经常用的,注意理解掌握.希望大家在备考过程中掌握好技巧和方法,提高答题的效率.
  (作者:李建新,江苏省泰兴中学)
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