分类 排列与组合 下的文章

2025-04-11T07:58:44.png
1、$C_6^2C_4^2C_2^2$
2、$A_3^3$
3、$x种$
第3问题便是均匀分组分配问题为什么要消序的原因!
分组问题:

2025-04-11T08:43:18.png
解:1、1
2、6=1+2+3=2+2+2=4+1+1 共3种。
2025-04-11T08:43:52.png
1、$\frac{C_6^2C_4^2C_2^2}{A_3^3}$
2、情况1:"1+2+3":$C_6^1C_5^2C_3^3$
情况2:"4+1+1":$\cfrac{C_6^4C_2^1C_1^1}{A_2^2}$
情况3:"2+2+2":$\cfrac{C_6^2C_4^2C_2^2}{A_3^3}$
2025-04-11T08:41:11.png
1、$C_8^2\quad$隔板法,借3本法
2、$C_8^6=$C_8^2$
3、1种;
4、$C_5^2\quad$ 隔板法,
2025-04-11T08:41:39.png
1、$3\times 3\times 3\times 3\times 3\times 3=3^6$
2、$C_8^2A_6^6=$A_8^6$
3、$C_6^2C_4^2C_2^2$
4、分三种情况:
$“2+2+2":C_6^2C_4^2C_2^2$
$“4+1+1":\frac{C_6^4C_2^1C_1^1}{A_2^2} A_3^3$
$“3+2+1":C_6^3C_3^2C_1^1 A_3^3$

(1)$C_n^m=C_n^{n-m}$

左边表达的是从 n 个人中选择 m个人参加活动;右边表示的是从 n个人中选择 n-m个人不参加活动。左右两式表示的都是同一件事情的方法数,所以相等。

(2)$P_n^m+mP_n^{m-1}=P_{n+1}^m$

右边表示的是从(n+1)个人中选择 m个人进行排队;针对上述这件事,我们考虑(n+1) 中特定的一个人“小黑”的情况:
1)如果小黑不在这n个人的队列中,那么有$p_n^m$种方法;
2)如果小黑在这n个人的队列中。那么先把小黑安置好,可以从m个位置中任意选一个位置,然后再从剩下的n个人中选择 (m-1)个人排到队伍中。因此总的方法数为 $mP_n^{m-1}$。根据加法原理,所以这件事总的方法数为 $P_n^m+mP_n^{m-1}$,得证。

(3)$C_n^m+C_n^{m-1}=C_{n+1}^m$

右式表示的是从(n+1)个人中选出 m 个人;
左式我们可以按照恒等式(2)进行类似的分类讨论,指定一个人“小黑”:
1)如果小黑在这m个人中,那么再从 n个人中选 (m-1)个人;
2)如果小黑不在这m个人中,那么就是从 n个人中选 m 个人;根据加法原理,这件事总的方法数为:$C_n^m+C_n^{m-1}$ ,得证。

(3*)$C_r^r+C_{r+1}^r+\dots +C_n^r=C_{n+1}^{r+1}$

$C_r^r=C_{r+1}^{r+1}\Rightarrow C_{r+1}^{r+1}+C_{r+1}^r=C_{r+2}^{r+1}接着$。

(4)、$C_{n}^{m+1}+C_{n}^{m-1}+2C_{n}^{m}=C_{n+2}^{m+1}$

右式表示的是从(n+2)个人中选出 (m+1)个人;
与上面讨论类似,左边需要根据“小黑”、“小白”两个人的情况进行分类讨论:
1)小黑、小白都没有被挑选出来,$C_{n}^{m+1}$ ;
2)小黑、小白都被挑选出来了,$C_{n}^{m+1}$ ;
3)小黑、小白其中有一人被挑选出来了,$2C_{n}^{m}$ 。
所以,根据加法原理 $C_{n}^{m+1}+C_{n}^{m-1}+2C_{n}^{m}$ ,得证。
注:这里麻烦了一点,需要讨论两个人的情况,不过思想还是和前面一样的。按照这种想法我们能够造出很多很多的组合恒等式。

(5)、$kC_n^k=nC_{n-1}^{k-1}$

${\color{Red} 从n个人中选出k个人组队,并选出一个队长}$ ;左边为n个人中选出k个人,再从k个人选出一个人当队长;右边为从n个人中选出一个人当队长,再从(n-1)个人中选出(k-1)个人当队员。

(6)、$C_n^0+C_n^1+C_n^2+\cdots + C_n^n=2^n$

$n封信投到A、B两个邮箱,(筒的信次方问题),左边分别为0封信投到A邮筒C_n^0,1封信投到A邮筒C_n^1,2封信投到A邮筒C_n^2,n封信投到A邮筒C_n^n;$
$右边为每封信有2个选择,n封信有2^n$

(7)、$C_n^0+2C_n^1+2^2C_n^2+2^3C_n^3\cdots + 2^nC_n^n=3^n$

$n封信投到A、B、C两个邮箱,(筒的信次方问题),左边的C_n^1表示为n封信选出(n-1)封投到C筒的,余下的一封信投到A、B邮筒的方法数;2^2C_n^2表示为n封信中取出(n-2)投到C筒,余下2封投到A、B邮筒的方法数;$
$右边为每封信有3个选择投到三个邮筒,n封信有3^n方法数$

(8)、$C_n^1+2C_n^2+3C_n^3+4C_n^4\cdots + nC_n^n=n2^{n-1}$

法一:用$(5)、kC_n^k=nC_{n-1}^{k-1},左边=nC_{n-1}^0+nC_{n-1}^1+nC_{n-1}^2+nC_{n-1}^3+\cdots nC_{n-1}^n$
法二、$(1+x)^n=C_{n}^0+C_{n}^1x+C_{n}^2x^2+C_{n-1}^3x^3+\cdots C_{n}^nx^n$
上式两边求导,$n(1+x)^n=C_{n}^1+2C_{n}^2x+3C_{n-1}^3x^2+\cdots nC_{n}^nx^{n-1}$
再令$x=1$即得证。
法三、设$S=0C_n^0+C_n^1+2C_n^2+3C_n^3+4C_n^4+5C_n^+6C_n^6\cdots + (n-1)C_n^{n-1} +nC_n^n\qquad (1)$
$S=nC_n^0+(n-1)C_n^1+(n-2)C_n^2+(n-3)C_n^3+(n-4)C_n^4+(n-5)C_n^4+(n-6)C_n^6\cdots + C_n^{n-1}+ 0C_n^n\qquad (2)$
${\color{Red} 两式相加,得} 2S=n(C_n^0+C_n^1+C_n^2+ \dots + C_n^{n-1}+C_n^n )=n2^n$

“从n个不同元素中取出m个元素进行排列”这件事,可以分解成以下两个步骤:

第一步,从n个不同元素从取出m个元素,共有$C_n^m$种方法;

第二步,将每个组合中的m个元素进行全排列,共有$A_m^m$种方法。

分步乘法原理:$A_n^m=C_n ^m A_m^m$

$C_n ^m= \cfrac{A_n^m }{A_m^m}$

除以$A_m^m=m!$这一操作相当于除去了m个元素的顺序,即将m个“有序”的元素化为m个“ 无序”的元素。即消序!

不全相异元素的排列(多组组合):$n_1个x_1,n_2个x_2,\dots ,n_k个x_k$,共有$n=n_1+n_2+\dots +n_k$个元素的全排列的个数为$\cfrac{n!}{n_1!n_2!\dots n_k!}$

证法一:先把这n个元素看作是互异的,它们的全排列是n!个,除去$n_1 个x_1的顺序n_1!,n_2 个x_2的顺序n_2!,\dots, n_k 个x_k的顺序n_k!$​

证法二:将$n_1 个x_1,,n_2 个x_2,\dots, n_k 个x_k$进行全排列,可以分k步来完成:第1步,从n个位置中选出$n_1$个位置放置$x_1$,有$C_n^{n_1}$,第二步,人剩下的$n-n_1$个位置中选出$n_2$个放置$x_2$,依次类推。

特殊优先法:

对特殊元素、位置应优先分类考虑,其实就是分类原理;

捆绑法:

当求某些元素相邻问题时,把需要相邻的元素捆绑,视为一组,再与其他元素排列组合,其中捆绑分为组合式捆绑(组内无顺序)和排列式捆绑(组内有顺序)。、

插空法:

当求某些元素i不相邻问题时,先将其他元素排好,再将指定不相邻的元素插入已排好的元素的间隔或两端位置。

正难则反法:

对于有限制条件的计数问题,除了直接计算,也可以先不考虑限制条件计算出所有种数,再减去不符合条件的种数。

缩倍法(消序法):对于某几个元素定序的排列问题,可以先计算不考虑限制条件的所有种数,再将结果除以这几个元素的排列数,事实上,这就是分步计数原理和正难则反法的体现。

如何理解二项式定理?

二项式定理是两个计数原理的直接应用,是微积分和概率的基础。

(1)我们必须明确展开式中的项是如何产生的:

因为$(a+b)^n=(a+b)(a+b)\cdots(a+b)$,所以由多项式的乘法法则知,展开式是从n个括号中的每个括号里各取1个字母的一切可能乘积的和。

(2)我们要理解展开式中每一项的特征

展开式的每一项由若干个$a$ 和若干个$b$的乘积构成,并且$a$和$b$的个数之和为$n$;若我们设$b$的个数为$k$,则$a$的个数为$n-k$,即展开式中每一项的特征是$a^{n-k} b^k$,且展开式共有n+1种不同的项。

(3)我们要计算$a^{n-k} b^k$同类项的个数(系数)

因为在n个因式$(a+b)$中选出$k个(a+b)$有$C_n^k$种方法;而在这$k个(a+b)中取b$,在余下的$(a+b)中取a$,这样得到的乘积都是$a ^{n-k} b^k$,因此$a^{n-k} b^k$同类项的个数就是从n个因式(a+b)中选出k个(a+b)的组合数。

${\color{Red} 一、有序分配采用逐分法:}$

将12名警察分到3个不同路口进行流量调查,若每个路口分4名,则不同的分配方案有几种?
$A、 C_{12}^{8}C_{8}^{4}C_{4}^{4}\quad B、3C_{12}^{8}C_{8}^{4}C_{4}^{4}\quad C、 C_{12}^{8}C_{8}^{4}A_{3}^{3}\quad D、\cfrac{C_{12}^{8}C_{8}^{4}C_{4}^{4}}{A_3^3}$

${\color{Red} 二、相同元素分配采用隔板法:}$

将10个三好生分配到7个班,每个班至少有一个,有多少种不同的分配方案?
分七组,用六块隔板进行分隔。九空插六块隔板。${\color{Green} C_9^6} $

${\color{Red} 三、相邻问题采用捆绑法:}$

将ABCDE五人并排站成一排,要求AB必须相邻且B在A的右边,那么不同的排法有多少种?
${\color{Red}A_4^4}$

${\color{Red} 四、不相邻问题采用插空法:}$

一个晚会的节目有4个舞蹈节目,2个相声,3个独唱,舞蹈节目不能连续出场,问出场顺序有多少种?
后排插空法:优先排相声和独唱,后将四个舞蹈插到六个空。${\color{Red}A_5^5A_6^4}$

${\color{Red} 五、特殊位置优先排法:}$

有0,1,2,3,4,5可以组成没有重复的5位奇数的个数。
先排末位,$C_3^1$,再排首位,$C_4^1$,中间三位,$A_4^3$

${\color{Red} 六、选排问题采用先选后排法:}$

将四个不同的球放入编号为1,2,3,4的四个盒子,则恰有一个空盒的放法有几种?
$C_4^2A_4^3=C_4^2C_4^3A_3^3$

${\color{Red} 七、先分堆后排列法:}$

某医院派五名医生支援A、B、C三个国家,派往每个国家至少一名医生,共有多少种安排方式?

解:${\color{Green} 分堆(分组)要消序!},再排列 $
${\color{Green}5\to 2,2,1:\cfrac{C_5^2C_3^2C_1^1}{A_2^2} A_3^3=90 } $
${\color{Green}5\to 3,1,1:\cfrac{C_5^3C_2^1C_1^1}{A_2^2} A_3^3=60 } $

${\color{Red} 八、重复问题采用叠幂法:}$

6名实习生分配到7个车间实习,共有多少种不同的分法?
车间可以没有实习生,实习生不可以没有车间。${\color{Purple}实习生(指数)选车间(底数) }$ ,不是车间选实习生。
${\color{Green} 7\times 7\times7\times 7\times7\times7=7^6} $

4封信放到三个信箱里,有多少种不同的投递方法?
${\color{Purple}信(指数)选信箱(底数) }:3^4$

${\color{Red} 九、相邻涂色问题采用排除定位法:较难}$

2025-04-01T08:11:06.png

${\color{Red} 题型一、特殊元素优先原则}$

2025-03-31T08:11:14.png
谁最特殊,优先考虑谁。
1、${\color{Green} C_{4}^{1} A_{5}^{5} =480} $
2、①有0:${\color{Green} (C_5^2C_3^1)(C_3^1A_3^3)} =540\quad$
②无0:${\color{Green} (C_5^2C_3^2)A_4^4}=720$
练习题:36 、600
2025-03-31T08:21:08.png
1、①甲去乙不去:${\color{Green} C_3^1A_3^3=18} \quad$
②甲不去乙去:${\color{Green} A_3^3=6}$
③甲乙都去:${\color{Green}C_3^1C_2^1 A_3^3=12}$
2、①甲去,乙不去,丙去:${\color{Green} C_5^2A_4^4=240} \quad$
②甲不去,$\begin{cases} 乙去,丙不去:{\color{Green} C_5^3A_4^4=120}\\乙不去,丙不去:{\color{Green}C_5^4A_4^4=120}\end{cases}$

${\color{Red} 题型二:捆绑法}$

2025-03-31T13:04:08.png
${\color{Green} 1、A_2^2A_4^1A_5^5=2\times 4\times120=960;}$
${\color{Green} 2、A_2^2A_2^1A_3^3=2\times 2\times6=24;}$
2025-03-31T13:13:55.png
${\color{Green} 练1、A_4^4=24;}$
${\color{Green} 练2、A_2^2\times 4A_4^4=2\times 4\times24=192;}$

${\color{Red} 题型三:互不相邻插空法}$

先按排可相邻,再插不相邻的。
2025-03-31T13:26:34.png
${\color{Green} 1、A_3^3A_4^2=72;} $
${\color{Green} 2、先选空椅子3把,不需要排;后3个人插4个空位。C_4^3A_3^3=4\times 6=24;}$

2025-03-31T13:40:54.png
${\color{Green} C_5^2=10;} $

${\color{Red} 题型四:捆绑与插空结合1、停车问题}$

2025-03-31T13:55:21.png
两个捆绑在一起的空车位,没有辨识度。先安排3个车的车位,再4空车位选三个,最后安排一个双空车位在“选三”
${\color{Green}A_3^3C_4^3C_3^1=72}$
2025-03-31T14:14:57.png
${\color{Red} 题型九:相同元素分给不同人:隔板法}$
2025-03-31T14:50:17.png
${\color{Green} 模型一:} \begin{cases} 1、共有n个相同元素;\\2、分给m个不同对象;C_{n-1}^{m-1}\\3、每个对象至少分1个\end{cases}$
例1、共有10个相同的小球,放入4不同的盒子,每个盒子至少有1个小球,共有几种放法?
${\color{Red} \circ }\quad \vdots \quad {\color{Red} \circ }\quad \vdots \quad {\color{Red} \circ }\quad\vdots \quad {\color{Red} \circ }\quad \vdots \quad {\color{Red} \circ }\quad\vdots \quad {\color{Red}\mid \circ }\quad \vdots \quad {\color{Red} \circ }\quad\vdots \quad {\color{Red} \circ }\quad \vdots \quad {\color{Red} \circ }\quad {\color{Red} \mid \quad\circ }$

${\color{Green} 模型二:多分型} \begin{cases} 1、共有n个相同元素;\\2、分给m个不同对象;\\3、每个对象至少分k个\end{cases}$
共有30个相同的小球,放入3不同的盒子,每个盒子至少分得9个小球,共有几种放法?
${\color{Purple} \sqsubset 8\sqsupset \quad \sqsubset 8\sqsupset \quad \sqsubset 8\sqsupset}$
例2、每个盒子放入8个球,问题转化成6个小球放入3盒子,每个盒子至少放入1个的模型一:$C_{6-1}^{3-1}=10$
${\color{Green} 模型三:少分型} \begin{cases} 1、共有n个相同元素;\\2、分给m个不同对象;\\3、允许有对象分得0个;\end{cases}$
例3、共有10个相同的小球,放入3不同的盒子,允许空盒子出现,共有几种放法?
有几个盒便借几个小球,问题转化成模型一:$C_{13-1}^{3-1}=C_{12}^2=66$
用2个隔板插到12个空,分好后,每个盒子再返回一个小球即可。