2019-2020年高中數(shù)學(xué) 排列與組合 版塊四 排列數(shù)組合數(shù)的計(jì)算與證明完整講義（學(xué)生版）.doc

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2019-2020年高中數(shù)學(xué) 排列與組合 版塊四 排列數(shù)組合數(shù)的計(jì)算與證明完整講義（學(xué)生版） 知識(shí)內(nèi)容 1．基本計(jì)數(shù)原理 ⑴加法原理 分類計(jì)數(shù)原理：做一件事，完成它有類辦法，在第一類辦法中有種不同的方法，在第二類辦法中有種方法，……，在第類辦法中有種不同的方法．那么完成這件事共有種不同的方法．又稱加法原理． ⑵乘法原理 分步計(jì)數(shù)原理：做一件事，完成它需要分成個(gè)子步驟，做第一個(gè)步驟有種不同的方法，做第二個(gè)步驟有種不同方法，……，做第個(gè)步驟有種不同的方法．那么完成這件事共有種不同的方法．又稱乘法原理． ⑶加法原理與乘法原理的綜合運(yùn)用 如果完成一件事的各種方法是相互獨(dú)立的，那么計(jì)算完成這件事的方法數(shù)時(shí)，使用分類計(jì)數(shù)原理．如果完成一件事的各個(gè)步驟是相互聯(lián)系的，即各個(gè)步驟都必須完成，這件事才告完成，那么計(jì)算完成這件事的方法數(shù)時(shí)，使用分步計(jì)數(shù)原理． 分類計(jì)數(shù)原理、分步計(jì)數(shù)原理是推導(dǎo)排列數(shù)、組合數(shù)公式的理論基礎(chǔ)，也是求解排列、組合問題的基本思想方法，這兩個(gè)原理十分重要必須認(rèn)真學(xué)好，并正確地靈活加以應(yīng)用． 2． 排列與組合 ⑴排列：一般地，從個(gè)不同的元素中任取個(gè)元素，按照一定的順序排成一列，叫做從個(gè)不同元素中取出個(gè)元素的一個(gè)排列．（其中被取的對(duì)象叫做元素） 排列數(shù)：從個(gè)不同的元素中取出個(gè)元素的所有排列的個(gè)數(shù)，叫做從個(gè)不同元素中取出個(gè)元素的排列數(shù)，用符號(hào)表示． 排列數(shù)公式：，，并且． 全排列：一般地，個(gè)不同元素全部取出的一個(gè)排列，叫做個(gè)不同元素的一個(gè)全排列． 的階乘：正整數(shù)由到的連乘積，叫作的階乘，用表示．規(guī)定：． ⑵組合：一般地，從個(gè)不同元素中，任意取出個(gè)元素并成一組，叫做從個(gè)元素中任取個(gè)元素的一個(gè)組合． 組合數(shù)：從個(gè)不同元素中，任意取出個(gè)元素的所有組合的個(gè)數(shù)，叫做從個(gè)不同元素中，任意取出個(gè)元素的組合數(shù)，用符號(hào)表示． 組合數(shù)公式：，，并且． 組合數(shù)的兩個(gè)性質(zhì)：性質(zhì)1：；性質(zhì)2：．（規(guī)定） ⑶排列組合綜合問題 解排列組合問題，首先要用好兩個(gè)計(jì)數(shù)原理和排列組合的定義，即首先弄清是分類還是分步，是排列還是組合，同時(shí)要掌握一些常見類型的排列組合問題的解法： 1．特殊元素、特殊位置優(yōu)先法 元素優(yōu)先法：先考慮有限制條件的元素的要求，再考慮其他元素； 位置優(yōu)先法：先考慮有限制條件的位置的要求，再考慮其他位置； 2．分類分步法：對(duì)于較復(fù)雜的排列組合問題，常需要分類討論或分步計(jì)算，一定要做到分類明確，層次清楚，不重不漏． 3．排除法，從總體中排除不符合條件的方法數(shù)，這是一種間接解題的方法． 4．捆綁法：某些元素必相鄰的排列，可以先將相鄰的元素“捆成一個(gè)”元素，與其它元素進(jìn)行排列，然后再給那“一捆元素”內(nèi)部排列． 5．插空法：某些元素不相鄰的排列，可以先排其它元素，再讓不相鄰的元素插空． 6．插板法：個(gè)相同元素，分成組，每組至少一個(gè)的分組問題——把個(gè)元素排成一排，從個(gè)空中選個(gè)空，各插一個(gè)隔板，有． 7．分組、分配法：分組問題（分成幾堆，無序）．有等分、不等分、部分等分之別．一般地平均分成堆（組），必須除以！，如果有堆（組）元素個(gè)數(shù)相等，必須除以！ 8．錯(cuò)位法：編號(hào)為1至的個(gè)小球放入編號(hào)為1到的個(gè)盒子里，每個(gè)盒子放一個(gè)小球，要求小球與盒子的編號(hào)都不同，這種排列稱為錯(cuò)位排列，特別當(dāng)，3，4，5時(shí)的錯(cuò)位數(shù)各為1，2，9，44．關(guān)于5、6、7個(gè)元素的錯(cuò)位排列的計(jì)算，可以用剔除法轉(zhuǎn)化為2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)元素的錯(cuò)位排列的問題． 1．排列與組合應(yīng)用題，主要考查有附加條件的應(yīng)用問題，解決此類問題通常有三種途徑： ①元素分析法：以元素為主，應(yīng)先滿足特殊元素的要求，再考慮其他元素； ②位置分析法：以位置為主考慮，即先滿足特殊位置的要求，再考慮其他位置； ③間接法：先不考慮附加條件，計(jì)算出排列或組合數(shù)，再減去不符合要求的排列數(shù)或組合數(shù)． 求解時(shí)應(yīng)注意先把具體問題轉(zhuǎn)化或歸結(jié)為排列或組合問題；再通過分析確定運(yùn)用分類計(jì)數(shù)原理還是分步計(jì)數(shù)原理；然后分析題目條件，避免“選取”時(shí)重復(fù)和遺漏；最后列出式子計(jì)算作答． 2．具體的解題策略有： ①對(duì)特殊元素進(jìn)行優(yōu)先安排； ②理解題意后進(jìn)行合理和準(zhǔn)確分類，分類后要驗(yàn)證是否不重不漏； ③對(duì)于抽出部分元素進(jìn)行排列的問題一般是先選后排，以防出現(xiàn)重復(fù)； ④對(duì)于元素相鄰的條件，采取捆綁法；對(duì)于元素間隔排列的問題，采取插空法或隔板法； ⑤順序固定的問題用除法處理；分幾排的問題可以轉(zhuǎn)化為直排問題處理； ⑥對(duì)于正面考慮太復(fù)雜的問題，可以考慮反面． ⑦對(duì)于一些排列數(shù)與組合數(shù)的問題，需要構(gòu)造模型． 典例分析 排列數(shù)組合數(shù)的簡單計(jì)算 【例1】 對(duì)于滿足的正整數(shù)，（ ） A． B． C． D． 【例2】 計(jì)算______． 【例3】 計(jì)算，； 【例4】 計(jì)算______，_______． 【例5】 計(jì)算，； 【例6】 計(jì)算，，，，． 【例7】 已知，求的值． 【例8】 解不等式 【例9】 證明：． 【例10】 解方程． 【例11】 解不等式． 【例12】 解方程： 【例13】 解不等式：． 【例14】 設(shè)表示不超過的最大整數(shù)（如，），對(duì)于給定的，定義，，則當(dāng)時(shí)，函數(shù)的值域是（ ） A． B． C． D． 【例15】 組合數(shù)恒等于（ ） A． B． C． D． 【例16】 已知，求、的值． 排列數(shù)組合數(shù)公式的應(yīng)用 【例17】 已知，求的值． 【例18】 若，則_______ 【例19】 若，則 【例20】 證明： 【例21】 證明：． 【例22】 求證： ． 【例23】 證明：． 【例24】 證明：． 【例25】 求證：； 【例26】 計(jì)算：， 【例27】 證明：．（其中） 【例28】 解方程 【例29】 確定函數(shù)的單調(diào)區(qū)間． 【例30】 規(guī)定，其中，為正整數(shù)，且，這是排列數(shù)（是正整數(shù)，且）的一種推廣． ⑴求的值； ⑵排列數(shù)的兩個(gè)性質(zhì)：①，②（其中是正整數(shù)）．是否都能推廣到（，是正整數(shù)）的情形?若能推廣，寫出推廣的形式并給予證明；若不能，則說明理由．