排列组合、二项式定理及概率(基础型题型).doc
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1、排列组合、二项式定理及概率(基础型题型) 第十二章 排列组合、二项式定理、概率 知识网络121 分类加法计数原理与分步乘法计数原理考点诠释重点:理解分类加法与分步乘法计数原理,并会应用其解决实际问题难点:计数问题中如何判定是分类加法计数原理还是分步乘法计数原理典例精析题型一 分类计数原理【例1】高三一班有学生50人,男30人,女20人;高三二班有学生60人,男30人,女30人;高三三班有学生55人,男35人,女20人(1)从高三一班或二班或三班中选一名学生任学校学生会主席,有多少种不同的选法?(2)从高三一班、二班男生中,或从高三三班女生中选一名学生任校学生会体育部长,有多少种不同的选法?【思
2、路分析】(1)这一名学生会主席的选法可分为三类,即从高三一班或二班或三班中选取;(2)这一名学生会体育部长的选法可分为三类,即从高三一班或二班男生中或从高三三班女生中选取【解析】(1)506055165(种),即所求选法有165种(2)30302080(种),即所求选法有80种【方法归纳】分类计数原理,首先将完成一件事的方法分类,然后再计算各类方法中分别有多少种方法可以完成该事件,最后求其和注意:每类方法可以独立完成【举一反三】1.从集合1,2,3,10中任意选出三个不同的数,使这三个数成等比数列,这样的等比数列的个数为( D )A3 B4 C6 D8【解析】当公比为2时,等比数列可为1,2,
3、4或2,4,8;当公比为3时,等比数列3112可为1,3,9;当公比为4,6,9.同理,公比为4个故2233选D.题型二 分步计数原理【例2】已知集合M3,2,1,0,1,2,点P(a,b)表示平面上的点(a,bM),问:(1)点P可表示平面上多少个不同的点?(2)点P可表示平面上多少个第二象限的点?(3)点P可表示多少个不在直线yx上的点?【思路分析】(1)由于aM,bM,分两步选取,故用乘法原理;(2)同(1),且满足a<0且b>0;(3)同(1),且满足ab.【解析】(1)确定平面上的点P(a,b)可分两步完成:第一步确定a的值,共有6种确定方法;1 第二步确定b的值,也有6
4、种确定方法根据分步乘法计数原理,得到平面上的点数是6636.(2)确定第二象限的点,可分两步完成:第一步确定a,由于a<0,所以有3种确定方法;第二步确定b,由于b>0,所以有2种确定方法由分步乘法计数原理,得到第二象限点的个数是326.(3)点P(a,b)在直线yx上的充要条件是ab.因此a和b必须在集合M中取同一元素,共有6种取法,即在直线yx上的点有6个 由(1)得不在直线yx上的点共有36630个【方法归纳】利用分步乘法计数原理解决问题应注意:(1)要按事件发生的过程合理分步,即分步是有先后顺序的;(2)各步中的方法互相依存,缺一不可,只有各个步骤都完成才算完成这件事【举一
5、反三】2.从6人中选4人分别到张家界、韶山、衡山、桃花源四个旅游景点游览,要求每个旅游景点只有一人游览,每人只游览一个旅游景点,且6个人中甲、乙两人不去张家界游览,则不同的选择方案共有 240 种【解析】能去张家界的有4人,依此能去韶山、衡山、桃花源的有5人、4人、3人,则由分步乘法计数原理得不同的选择方案有4543240种题型三 分类和分步计数原理综合应用【例3】(2011长郡中学月考)如图,用4种不同的颜色对图中5个区域涂色(4种颜色全部使用),要求每个区域涂一种颜色,相邻的区域不能涂相同的颜色,则不同的涂色种数有_【思路分析】可按涂相同颜色的区域分类计数【解析】由题意知,有且仅有两个区域
6、涂相同的颜色,分为4类:14与5同;2与5同;3与5同;1与3同对于每一类有A44种涂法,共有4A496种方法【方法归纳】对于复杂问题,不能只用分类加法计数原理或分步乘法计数原理解决时,可以综合应用两个原理,可以先分类,在某一类中再分步,也可先分步,在某一步中再分类【举一反三】3.某个同学有课外参考书若干本,其中有5本不同的外语书,4本不同的数学书,3本不同的物理书,他欲带参考书到图书馆阅读(1)若他从这些书中带一本去图书馆,有多少种不同的带法?(2)若带外语、数学、物理参考书各一本,有多少种不同的带法?(3)若从这些参考书中选两本不同学科的参考书带到图书馆,有多少种不同的带法?【解析】(1)
7、完成的事情是带一本书,无论是带外语书还是带数学书、物理书,事情都能完成,从而确定为分类计数原理,结果为54312种(2)完成的事情是带3本不同学科的参考书,只有从外语、数学、物理中各选一本书后,才能完成这件事,因此应用分步计数原理,结果为54360种(3)选1本数学书和选1本外语书,应用分步计数原理,有5420种选法,同样地,选外语书、物理书各一本有5315种选法,选数学书、物理书各一本有4312种选法,应用分类计数原理,结果为20151247种体验高考(2011大纲全国)某同学有同样的画册2本,同样的集邮册3本,从中取出4本赠送给4位朋友,每位朋友1本,则不同的赠送方法共有( )A4种 B1
8、0种 C18种 D20种2【解析】分两种情况:选2本画册,2本集邮册送给4位朋友,有C46种方法;选1本画册,3本集邮册送给4位朋友,有C144种方法,所以不同的赠送方法共有64 2 10种,故选B.【举一反三】(2011全国)4位同学每人从甲、乙、丙3门课程中选修1门,则恰有2人选修课程甲的不同选法共有( B )A12种 B24种 C30种 D36种【解析】4位同学恰有2人选修甲的选法有C24种,另外两人可在乙、丙中任选一门,有2C42224种故选B.122 排列与组合考点诠释重点:理解排列、组合的意义,掌握排列数与组合数公式,会解决排列组合的实际问题 难点:如何区分排列问题与组合问题,灵活
9、解决排列组合的综合问题典例精析题型一 排列数与组合数的计算8!A66333【例1】计算:(1)(2) C3C4C10. A8A10【思路分析】(1)利用排列数公式直接计算;(2)利用组合数性质化简后再求值87654321654321【解析】(1)原式871098757654325 130. 62356(89)333433(2)原式C44C4C5C10C5C5C10334C46C6C10C11330.n!【方法归纳】在使用排列数公式Am进行计算时,要注意公式成立的条件:n(nm)!m,nN*,mn.另外,应注意组合数的性质的灵活运用x2【举一反三】1.解不等式Ax96A9.9!9!【解析】6,
10、(9x)!(11x)!也就是16, (9x)!(11x)(10x)(9x)!化简得x221x1040,解得x8或x13,又因为2x9,且xN*,所以原不等式的解集为2,3,4,5,6,7题型二 有限制条件的排列问题【例2】3男3女共6个同学排成一行(1)女生都排在一起,有多少种排法?(2)女生与男生相间,有多少种排法?(3)任何两个男生都不相邻,有多少种排法?(4)3名男生不排在一起,有多少种排法?(5)男生甲与男生乙中间必须排而且只能排2位女生,女生又不能排在队伍的两端,有多少种排法?【思路分析】(1)用捆绑法;(2)(3)用插空法;(4)用排除法,全排后减去男生在一起的排 3 法数;(5)
11、用特殊元素优先法【解析】(1)将3名女生看作一人,就是4个元素的全排列,有A44种排法又3名女生内43部可有A33种排法,所以共有A4A3144种排法(2)男生自己排,女生也自己排,然后相间插入(此时有2种插法),所以女生与男生相间3共有2A33A372种排法(3)女生先排,女生之间及首尾共有4个空隙,任取其中3个安插男生即可,因而任何两3个男生都不相邻的排法共有A33A4144种(4)直接分类较复杂,可用间接法即从6个人的排列总数中减去3名男生排在一起的排34法种数,得3名男生不排在一起的排法种数为A66A3A4576种2(5)先将2个女生排在男生甲、乙之间,有A23种排法又甲、乙有A2种排
12、法,这样就有2A23A2种排法然后把他们4人看成一个元素(相当于一个男生),这一元素及另1名男生排222在首尾,有A22种排法最后将余下的女生排在其间,有1种排法故总排法为A3A2A224种【方法归纳】排列问题的本质就是“元素”占“位子”问题,有限制条件的排列问题的限制主要表现在:某些元素“排”或“不排”在哪个位子上,某些元素“相邻”或“不相邻”对于这类问题,在分析时,主要按照“优先”原则,即优先安排特殊元素或优先满足特殊位子,对于“相邻”问题可用“捆绑法”,对于“不相邻”问题可用“插空法”对于直接考虑较困难的问题,可以采用间接法【举一反三】2.用数字0,1,2,3,4,5组成没有重复数字的四
13、位数(1)可组成多少个不同的四位数?(2)可组成多少个四位偶数?(3)将(1)中的四位数按从小到大的顺序排成一数列,问第85项是什么?343【解析】(1)A15A5300或A6A5300(间接法)121(2)A35A2A4A4156.2(3)千位是1的四位数有A3560个,千位是2,百位是0或1的四位数有2A424个,所以第85项是2 301.题型三 有限制条件的组合问题【例3】从7名男生5名女生中选取5人,符合下列条件的选法总数有多少种?(1)A,B必须当选;(2)A,B必不当选;(3)A,B不全当选;(4)至少有2名女生当选;(5)选取3名男生和2名女生分别担任班长、体育委员等5种不同的工
14、作,但体育委员必须由男生担任,班长必须由女生担任【思路分析】(1)从剩下10人中选3人;(2)从剩下10人中选5人;(3)(4)用排除法;(5)分三步进行【解析】(1)由于A,B必须当选,那么从剩下的10人中选取3人即可,所以有C310120种(2)从除去A,B两人的10人中选5人即可,所以有C510252种3(3)全部选法有C512种,A,B都当选有C10种,5故A,B不全当选有C12C310672种(4)注意到“至少有2名女生”的反面是只有一名女生或没有女生,故可用间接法进行,145所以有C512C5C7C7596种选法4 (5)分三步进行:1第一步,选1男1女分别担任两个职务,有C17C
15、5种;1第二步,选2男1女补足5人,有C26C4种;第三步,为这3人安排工作,有A33种由分步乘法计数原理知共有1121C7C5C6C4A3312 600种选法【方法归纳】在解组合问题时,常遇到“至多”、“至少”问题,此时可考虑用间接法求解以减少运算量,如果同一个问题涉及排列组合问题,应注意先选后排的原则【举一反三】3.四面体的顶点和各棱中点共有10个点(1)在其中取4个共面的点,共有多少种不同的取法?(2)在其中取4个不共面的点,共有多少种不同的取法?【解析】(1)四个点共面的取法可分为三类第一类:在同一个面上取,共有4C46种;第二类:在一条棱上取三点,再在它所对的棱上取中点,共有6种;第
16、三类:在六条棱的六个中点中取,取两对对棱的4个中点,共有C233种故有69种(2)用间接法共C41069141种体验高考(2011广东)正五棱柱中,不同在任何侧面且不同在任何底面的两顶点的连线称为它的对角线,那么一个正五棱柱对角线的条数共有( )A20 B15 C12 D10【解析】先从5个侧面中任意选一个侧面,有C15种选法,再从这个侧面的4个顶点中任意选一个顶点,有C14种选法由于不同在任何侧面且不同在任何底面的两顶点的连线称为它的对角线,所以除去这个侧面上、相邻侧面和同一底面上的共8个点,还剩下2个点,把这个点和剩下的两个点连线,有C12种方法但是在这样处理的过程中刚好每一条对角线重复了
17、1111一次,所以最后还要乘以,所以这个正五棱柱对角线的条数共有C15C4C220,故选22A.【举一反三】(2011北京)用数字2,3组成四位数,且数字2,3至少都出现一次,这样的四位数共有 14 个(用数字作答)【解析】方法一:数字2只出现一次的四位数有C144个;数字2出现两次的四位数有2C46个;数字2出现三次的四位数有C344个,故总共有46414个方法二:由数字2,3组成的四位数共有2416个,其中没有数字2的四位数只有1个,没有数字3的四位数也只有1个,故符合条件的四位数共有16214个123 二项式定理考点诠释重点:理解二项式定理,熟记其展开式及通项;理解二项式系数的性质,并能
18、应用其解决问题难点:二项式系数与项的系数的区别和联系,灵活运用公式解题典例精析题型一 二项展开式的通项公式及应用【例1】已知x12x)n的展开式中,前三项系数的绝对值依次成等差数列 (1)求证:5 展开式中没有常数项; (2)求展开式中所有的有理项.12122【解析】由题意得2C1n1Cn(),即n9n80,所以n8,n1(舍去) 22所以Tr1Cr8(x)8r1(rCrx2842xr18r2rrrCx(1)42163r4(0r8,rZ)163r(1)证明:若Tr1是常数项,则0,即163r0,因为rZ,这不可能,所以4163r展开式中没有常数项当0r8,rZ,所以 r0,4,8, 4351即
19、展开式中有三项有理项,分别是: T1x4,T5x,T9x2. 8256【方法归纳】(1)把握二项展开式的通项公式,是掌握二项式定理的关键除通项公式外,还应熟练掌握二项式的指数、项数、展开式的系数间的关系、性质;(2)应用通项公式求二项展开式的特定项,如求某一项、含x某次幂的项、常数项、有理项、系数最大的项等,一般是应用通项公式根据题意列方程,在求得n或r后,再求所需的项(要注意n和r的数值范围及大小关系);(3)注意区分展开式“第r1项的二项式系数”与“第r1项的系数”【举一反三】1.若(x23n的展开式的前3项系数和为129,则这个展开式中是否含x有常数项、一次项?如果有,求出该项;如果没有
20、,请说明理由18r【解析】由题知C02C222129,所以n8,所以通项为Tr1Cr(nCnn8(xx)2)r112rCr故r6时,T726C2所以不存在常数项,而存在一次项,为1 792x. 8x12r,8x1 792x,6题型二 运用赋值法求值【例2】若(3x1)7a7x7a6x6a1xa0,求: (1)a7a6a1; (2)a7a5a3a1; (3)a6a4a2a0.【解析】(1)令x0,则a01;令x1,则a7a6a1a027128,所以a7a6a1129. (2)令x1,则a7a6a5a4a3a2a1a0(4)7,由211得a7a5a3a1128(4)78 256. (3)由a6a4
21、a2a0(4)72228 128.【举一反三】2.设(23x)100a0a1xa2x2a100x100,求下列各式的值: (1)a0;(2)a1a3a5a99; (3)(a0a2a4a100)2(a1a3a99)2.【解析】(1)令x0,则展开式可化为a02100. (2)令x1,得a0a1a2a99a100(23)100.令x1,得a0a1a2a3a100(23)100.联立得,a1a3(2)100(23)100a99. (3)原式(a0a2a100)(a1a32a99)(a0a2a100)(a1a3a99)(a0a1a2a100)(a0a1a2a3a98a99a100)(23)100(23
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