如何解決生活中複雜排列組合問題?

2020-12-04 跟我一起來玩轉數學

排列組合內容是高中數學重點和難點。排列就是指從給定m個數的元素中取出指定n個數的元素,進行排序。組合則是指從給定m個數的元素中僅僅取出指定n個數的元素,不考慮排序。排列組合的中心問題是研究給定要求的排列和組合可能出現的情況總數。

數學學科目標是培養學生抽象思維和邏輯思維能力,學生在學習中發現規律並應用規律解決問題。排列組合問題主要解決生活中的計數問題。例如5個人站成一列拍照,有多少種排法?按照計數原理分析:這件事情是5個人拍照,分五步用乘法原理,第一人5種站法,第二個人4種站法,第三個人3種站法,第四個人2種站法,第五個人1種站法。所以共有5*4*3*2*1=120(*為乘號)種站法。按照排列的定義,5個人中選出5個人站成一列直接根據全排列公式得出A55=5!=120種站法。

計數問題可以用加法原理和乘法原理來解決,這是一種解決問題的思維方式, 但是排列組合思想是對加成原理的高度概括,排列組合不僅僅是計數的方法,更是一種解決問題的工具。尤其是在複雜計數問題中排列組合有著重要的應用。

例:在10名小學生中,有5人會裝電腦,有3人會裝音響,其餘兩人都會裝,現在選派6人組成安裝小組,組內3人會裝電腦,3人會裝音響,問共有多少種不同的選人方法?

分析:這道題是包含與排除中的排列組合問題。

按照排列組合問題中常用策略:特殊情況優先安排的原則,我們針對既會裝電腦又會裝音響的2人展開討論。第一種情況:兩人都沒選上,即從只會裝電腦和只會裝音響的人中選C53C33;第二種情況:一人選上C21,分兩類選上的人裝電腦即C52C33,選上的人裝音響即C53C32,所以這紅情況有C21(C52C33+ C53C32)種;第三種情況:2人都選上,分三類都裝電腦C51,都裝音響C53C31,一個裝電腦,一個裝音響即C21C52C32。

所以一共有C53C33+ C21(C52C33+ C53C32)+ C51+ C53C31+ C21C52C32=185種

上述問題中主要考慮既會裝電腦又會裝音響的多面手,應用組合思想展開討論,學生要想做到不重不漏地解決問題,必須做到以下幾點:理解加成原理,掌握排列組合思想,熟練運用排列組合公式計算,排列組合不僅僅是計數的方法,更是一種解決問題的工具。

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