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    数学选择性必修 第三册6.2 排列与组合导学案

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    这是一份数学选择性必修 第三册6.2 排列与组合导学案,共11页。学案主要包含了排列的相关概念,排列数与排列数公式等内容,欢迎下载使用。

    1.理解并掌握排列、排列数的概念,能用列举法、树状图法列出简单的排列.
    2.掌握排列数公式及其变式,并能运用排列数公式熟练地进行相关计算.
    3.掌握有限制条件的排列应用题的一些常用方法,并能运用排列的相关知识解一些简单的排列应用题.
    重点:理解排列的定义及排列数的计算
    难点:运用排列解决计算问题
    两个原理的联系与区别
    1.联系:分类加法计数原理和分步乘法计数原理都是解决计数问题最基本、最重要的方法.
    2.区别
    一、排列的相关概念
    1.排列:一般地,从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素,并按照一定的顺序排成一列,叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个排列.
    2.相同排列:两个排列的元素完全相同,且元素的排列顺序也相同.
    名师点析理解排列应注意的问题
    (1)排列的定义中包括两个基本内容,一是“取出元素”,二是“按一定顺序排列”.
    (2)定义中的“一定顺序”说明了排列的本质:有序.
    二、排列数与排列数公式
    1.排列数的定义:从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有不同排列的个数,叫做
    从n个不同元素中取出m个元素的排列数,用符号Anm表示.
    2.排列数公式:Anm=n(n-1)(n-2)…(n-m+1)=n!(n-m)!,这里m,n∈N*,并且m≤n.
    3.全排列和阶乘:n个不同元素全部取出的一个排列,叫做n个元素的一个全排列.这时,排列数公式中m=n,即有Ann=n(n-1)(n-2)×…×3×2×1.也就是说,将n个不同的元素全部取出的排列数,等于正整数1到n的连乘积.正整数1到n的连乘积,叫做n的阶乘,用n!表示.于是,n个元素的全排列数公式可以写成Ann=n!.另外,我们规定,0!=1.
    1.下列问题中:
    ①10本不同的书分给10名同学,每人一本;
    ②10位同学互通一次电话;
    ③10位同学互通一封信;
    ④10个没有任何三点共线的点构成的线段.
    属于排列的有( )
    A.1个 B.2个C.3个D.4个
    一、问题探究
    问题1. 从甲、乙、丙三名同学中选出2人参加一项活动,其中1名同学参加上午的活动,另1名同学参加下午的活动.
    如果把上面问题中被取出的对象叫做元素,则问题可叙述为:从3个不同的元素中任意取
    出2个,并按一定的顺序排成一列,共有多少种不同的排列方法?
    问题2. 从1,2,3,4这4个数字中选出3个能构成多少个无重复数字的三位数?
    同样,问题2可以归结为:
    从4个不同的元素a,b,c,d中任意取出3个,并按一定的顺序排成一列,共有多少种不同的排列方法?

    问题3. 你认为“排列”和“排列数”是同一个概念吗?它们有什么区别?
    二、典例解析
    例1. 某省中学足球队赛预选赛每组有6支队,每支队都要与同组的其他各队在主、客场
    分别比赛1场,那么每组共进行多少场比赛?
    例2. (1)一张餐桌上有5盘不同的菜,甲、乙、丙3名同学每人从中各取1盘菜,共有多少种不同的取法?
    (2)学校食堂的一个窗口共卖5种菜,甲、乙、丙3名同学每人从中选一种,共有多少种不同的选法?
    例3. 计算:(1)A73;2A74;3A77A44;4A64×A22.
    例4.用0~9这10个数字,可以组成多少个没有重复数字的三位数?
    1.此类题目从不同的视角可以选择不同的方法,我们用各种方法解决这个题的目的是:希望通过对本题的感悟,能掌握更多的解决这类问题的方法.
    2.元素分析法最基本,位置分析法对重要元素区别对待,间接法对对立面比较容易求解的题目特别实用.
    跟踪训练 有语文、数学、英语、物理、化学、生物6门课程,从中选4门安排在上午的4节课中,其中化学不排在第四节,共有多少种不同的安排方法?
    1.从5本不同的书中选两本送给2名同学,每人一本,则不同的送书方法的种数为( )
    A.5 B.10 C.20 D.60
    2.设m∈N*,且m<15,则A20-m6=( )
    A.(20-m)(21-m)(22-m)(23-m)(24-m)(25-m)
    B.(20-m)(19-m)(18-m)(17-m)(16-m)
    C.(20-m)(19-m)(18-m)(17-m)(16-m)(15-m)
    D.(19-m)(18-m)(17-m)(16-m)(15-m)
    3.某次演出共有6位演员参加,规定甲只能排在第一个或最后一个出场,乙和丙必须排在相邻的顺序出场,不同的演出顺序共有( )
    A.24种 B.144种 C.48种 D.96种
    4.有8种不同的菜种,任选4种种在不同土质的4块地里,有 种不同的种法.
    5.用1、2、3、4、5、6、7这7个数字组成没有重复数字的四位数.
    (1)这些四位数中偶数有多少个?能被5整除的有多少个?
    (2)这些四位数中大于6 500的有多少个?
    参考答案:
    知识梳理
    1.解析:由排列的定义可知①③是排列,②④不是排列.
    答案:B
    学习过程
    一、问题探究
    问题1. 分析:要完成的一件事是“选出2名同学参加活动,1名参加上午的活动,另1名参加下午的活动”,可以分两个步骤:
    第1步,确定上午的同学,从3人中任选1人,有3种选法;
    第2步,确定下午的同学,只能从剩下的2人中去选,有2种选法.
    根据分步乘法计数原理,不同的选法种数为3×2=6.
    问题
    问题2.分析:从4个数中每次取出三个按“百位、十位、个位” 的顺序排成一列,就得到一个三位数.因此有多少种不同的排列方法就有多少个不同的三位数,可以分三个步骤解决:
    第1步,确定百位上的数字,从1、2、3、4这4个数中任取一个,有4种方法;
    第2步,确定十位上的数字,只能从余下的3个数字中取,有3种方法;
    第3步,确定个位上的数字,只能从余下的2个数字中取,有2种方法;
    根据分步乘法计数原理,从1、2、3、4这4个不同的数字中,每次取出3个数字,按百位、十位、个位的顺序排成一列,不同的排列方法为4×3×2=24
    因而共可得到24个不同的三位数,如图所示
    同样,问题2可以归结为:
    从4个不同的元素a,b,c,d中任意取出3个,并按一定的顺序排成一列,共有多少种不同的排列方法?
    abc,abd,acb,acd,adb,adc,
    bac,bad,bca,bcd,bda,bdc,
    cab,cad,cba,cbd,cda,cbd,
    dab,dac,dba,dbc,dca,dcb,
    不同的排列方法为4×3×2=24
    上述问题1,2的共同特点是什么?你能将它们推广到一般情形吗?
    问题3. “排列”与“排列数”是两个不同的概念,一个排列是指“从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素,按照一定的顺序排成一列”,它不是一个数,而是具体的一件事.“排列数”是指“从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有不同排列的个数”,它是一个数.
    二、典例解析
    例1. 分析:每组任意2支队之间进行的1场比赛,可以看作是从该组6支队中选取2支,按“主队、客队”的顺序排成的一个排列.
    解:可以先从这6支队中选1支为主队,然后从剩下的5支队中选1支为客队.
    按分步乘法计数原理,每组进行的比赛场数为
    6×5=30.
    例2. 分析:3名同学每人从5盘不同的菜中取1盘菜,可看作是从这5盘菜中任取3盘,放在3个位置(给3名同学)的一个排列;而3名同学每人从食堂窗口的5种菜中选1种,每人都有5种选法,不能看成一个排列.
    解: (1)可以先从这5盘菜中取1盘给同学甲,然后从剩下的4盘菜中取1盘给同学乙,最后从剩下的3盘菜中取1盘给同学丙.按分步乘法计数原理,不同的取法种数为
    5×4×3=60.
    (2)可以先让同学甲从5种菜中选1种,有5种选法;再让同学乙从5种菜中选1种,也有5种选法;最后让同学丙从5种菜中选1种,同样有5种选法.
    按分步乘法计数原理,不同的取法种数为
    5×5×5=125.
    问题3. “排列”与“排列数”是两个不同的概念,一个排列是指“从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素,按照一定的顺序排成一列”,它不是一个数,而是具体的一件事.“排列数”是指“从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有不同排列的个数”,它是一个数.
    例3. 解:根据排列数公式,可得
    (1)A73 =7×6×5=210;
    (2)A74 =7×6×5×4=840;
    (3)A77A44 =7!4!=7×6×5=210;
    (4)A64×A22=6×5×4×3×2×1=720.
    由例3可以看出,A77A44 =7!4!;A64×A22=6!=A66,即A64=A66A22 =6!2!;
    观察这两个结果,从中你发现它们的共性了吗?
    事实上,
    Anm=nn-1n-2…n-m+1
    =nn-1n-2…n-m+1n-m…×2×1n-m×…×2×1
    =AnmAn-mn-m=n!n-m!即Anm=n!n-m!
    例4.分析:在0~9这10个数字中,因为0不能在百位上,而其他9个数字可以在任意数位上,因此0是一个特殊的元素。一般地,我们可以从特殊元素的位置入手来考虑问题。
    解法1:由于三位数的百位上的数字不能是0,所以可以分两步完成:
    第1步,确定百位上的数字可以从1~9这9个数字中取出1个,有A91种取法;第2步,确定十位和个位上的数字,可以从剩下的9个数中取2个, 有A92种取法; 如图
    根据分步乘法计数原理,所求的三位数的个数为A91×A92 = 9×9×8= 648.
    解法2:如图,符合条件的三位数可以分成三类:第1类,每一位数字都不是0的三位数,可以从1~9这9个数字中取出3个,有A93种取法;第2类,个位上的数字是0的三位数,可以从剩下的9个数中取出2个放在百位和十位,有A92种取法;第3类,十位上的数字是0的三位数,可以从剩下的9个数字中取出2个放在百位和个位,有A92种取法.根据分类加法计数原理,所求三位数的个数为A93+A92+A92=9×8×7+9×8+9×8=648.
    解法3:从0~9这10个数字中选取3个的排列数为A103,其中0在百位上的排列数为A92,它们的差就是用这10个数组成的没有重复数字的三位数的个数,
    即所求三位数的个数为A103-A92= 10×9×8- 9×8= 648.
    1.此类题目从不同的视角可以选择不同的方法,我们用各种方法解决这个题的目的是:希望通过对本题的感悟,能掌握更多的解决这类问题的方法.
    2.元素分析法最基本,位置分析法对重要元素区别对待,间接法对对立面比较容易求解的题目特别实用.
    跟踪训练 解:(方法一 分类法)分两类:
    第1类,化学被选上,有A31A53种不同的安排方法;
    第2类,化学不被选上,有A54种不同的安排方法.
    故共有A31A53+A54=300(种)不同的安排方法.
    (方法二 分步法)第1步,第四节有A51种排法;第2步,其余三节有A53种排法,故共有A51A53=300(种)不同的安排方法.
    (方法三 间接法)从6门课程中选4门安排在上午,有A64种排法,而化学排第四节,有A53种排法,故共有A64-A53=300(种)不同的安排方法.
    达标检测
    1.解析:此问题相当于从5个不同元素中取出2个元素的排列数,即共有 A52 =20(种)不同的送书方法.
    答案:C
    2.解析: A20-m6 是指从20-m开始依次连续的6个数相乘,即(20-m)(19-m)(18-m)(17-m)(16-m)(15-m).
    答案:C
    3.解析:第1步,先安排甲有A21种不同的演出顺序;第2步,安排乙和丙有A22A41种不同的演出顺序;第3步,安排剩余的三个演员有A33种不同的演出顺序.根据分步计数原理,共有A21A22A41A33=96(种)不同的演出顺序.故选D.
    答案:D
    4.解析:将4块不同土质的地看作4个不同的位置,从8种不同的菜种中任选4种种在4块不同土质的地里,则本题即为从8个不同元素中任选4个元素的排列问题,所以不同的种法共有A84 =8×7×6×5=1 680(种).
    答案:1 680
    5.解:(1)偶数的个位数只能是2、4、6,有A31种排法,其他位上有A63种排法,由分步乘法计数原理,知共有四位偶数A31·A63=360(个);能被5整除的数个位必须是5,故有A63=120(个).
    (2)最高位上是7时大于6 500,有A63种,最高位上是6时,百位上只能是7或5,故有2×A52种.由分类加法计数原理知,这些四位数中大于6 500的共有A63+2×A52=160(个).

    分类加法计数原理
    分步乘法计数原理
    区别一
    完成一件事共有n类办法,关键词是“分类”
    完成一件事共有n个步骤,关键词是“分步”
    区别二
    每类办法中的每种方法都能独立地完成这件事,它是独立的、一次的且每种方法得到的都是最后结果,只需一种方法就可完成这件事
    除最后一步外,其他每步得到的只是中间结果,任何一步都不能独立完成这件事,缺少任何一步也不能完成这件事,只有各个步骤都完成了,才能完成这件事
    区别三
    各类办法之间是互斥的、并列的、独立的
    各步之间是关联的、独立的,“关联”确保不遗漏,“独立”确保不重复
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