以下是关于高中排列与组合的系统性知识总结,结合权威资料和典型例题,帮助您掌握核心解题方法:
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一、核心概念与公式
1. 排列(A):从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素按一定顺序排列。
- 公式:$A_n^m = n(n-1)(n-2)...(n-m+1) = frac{n!}{(n-m)!}$
- 例:5人排3人照相,有$A_5^3=60$种方式[7]。
2. 组合(C):从n个元素中取m个为一组,不计顺序。
- 公式:$C_n^m = frac{A_n^m}{m!} = frac{n!}{m!(n-m)!}$
- 性质:$C_n^m = C_n^{n-m}$(如$C_5^2 = C_5^3=10$)[7]。
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二、六大解题策略与例题
1. 相邻问题(捆绑法)
- 方法:将相邻元素视为一个整体,再内部排列。
- 例:5人排队,甲乙必须相邻→捆绑为1个元素,共$4!×2!=48$种[1]。
2. 不相邻问题(插空法)
- 方法:先排其他元素,再将不相邻元素插入空隙。
- 例:6间教室选3间不相邻的→先排3间非检查教室,4个空位插3间,共$C_4^3×3!=24$种[1]。
3. 分组分配问题
- 平均分组:6本书分3堆(每堆2本)→$frac{C_6^2×C_4^2×C_2^2}{3!}=15$种(消除顺序影响)[1]。
- 非平均分组:7本书分3组(2,2,3)→$frac{C_7^2×C_5^2×C_3^3}{2!}=105$种[5]。
4. 特殊元素优先法
- 例:甲不值周一班→先排甲(从周二至周六选2天),再排乙丙→$C_5^2×C_4^2×C_2^2=60$种[6]。
5. 正难则反(排除法)
- 例:100件产品中6件次品,任取3件至少1件次品→$C_{100}^3 - C_{94}^3=18,424$种[6]。
6. 定序问题(除法处理)
- 例:5人排队,甲乙丙顺序固定→$frac{5!}{3!}=20$种[5]。
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三、易错点与技巧
1. 区分排列与组合:是否考虑顺序(如选班委是组合,排队是排列)[5]。
2. 避免重复计数:平均分组需除以组数的阶乘[1]。
3. 模型化思维:如“隔板法”解决相同元素分配(10个相同球分3箱→$C_{9}^2=36$种)[2][5]。
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四、典型题型归纳(参考学科网专题)[2]
- 数字问题:用0,1,2,3组成无重复四位偶数→分类讨论个位为0或2,共$2×3×2×1 + 2×2×2×1=20$种。
- 染色问题:四区域用3色涂,相邻不同色→分步计算,共$3×2×1×2=12$种[2]。
- 环排问题:5人围桌而坐→$(5-1)!=24$种(固定一人消除旋转对称性)[2]。
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参考资料
[1] 高中数学排列组合解题方法和策略(网易网)
[2] 2022新高考数学题型全归纳(学科网)
[5] 高中排列组合知识点及例题(金锄头文库)
[6] 排列组合四大原则(金锄头文库)
[7] 排列组合公式(瑞文网)