在高考数学中,排列组合是一个重要的知识点,通常出现在概率与统计或计数原理部分。它主要考察学生对基本计数原理(加法原理、乘法原理)、排列、组合的理解和应用能力。
一、高考中排列组合的常见题型
1. 直接计算问题
这类题目要求学生根据题意,直接使用排列或组合公式进行计算。
示例:
从5个不同的球中任取3个,有多少种不同的取法?
答案:$ C_5^3 = 10 $
用数字1,2,3,4组成没有重复数字的三位数,有多少种可能?
答案:$ A_4^3 = 24 $
2. 实际应用问题
这类题目通常结合生活、生产、考试等情境,要求学生理解题意后选择合适的计数方法。
示例:
某班级有10名男生和8名女生,从中选出3人组成班委,其中至少有1名女生,问有多少种选法?
解法:总选法 $ C_{18}^3 $ 减去全是男生的选法 $ C_{10}^3 $
答案:$ C_{18}^3 C_{10}^3 = 816 120 = 696 $
3. 分类讨论问题
这类题目需要将问题分成若干类来分别计算,再相加。
示例:
用0,1,2,3,4这五个数字能组成多少个无重复数字的三位数?
第一步:百位不能为0 → 有4种选择
第二步:十位和个位从剩下的4个数字中选 → $ A_4^2 = 12 $
总数:$ 4 times 12 = 48 $
4. 排列组合与概率结合的问题
这类题目常出现在概率部分,比如:
抽奖问题、比赛分组、抽签问题等。
示例:
有5个人排队,甲和乙必须相邻,有多少种排法?
将甲乙看作一个整体,共有 $ 4! times 2 = 48 $ 种排法。
二、常见的公式
类型 | 公式 | 说明 |
排列 | $ A_n^m = frac{n!}{(nm)!} $ | 从n个不同元素中取出m个,按顺序排列 |
组合 | $ C_n^m = frac{n!}{m!(nm)!} $ | 从n个不同元素中取出m个,不考虑顺序 |
加法原理 | 多种互斥情况,总数是各情况之和 | |
乘法原理 | 多步操作,每步独立,总数是各步之积 |
三、高考中排列组合的常见考点
考点 | 内容 |
计数原理 | 加法原理、乘法原理 |
排列 | 有序排列 |
组合 | 无序组合 |
特殊条件 | 如“不相邻”、“必须在一起”、“至少一个”等 |
应用问题 | 生活、数学建模等实际问题 |
四、解题技巧
1. 明确题意:是否要考虑顺序?是否有特殊限制?
2. 分类讨论:遇到复杂情况时,分情况讨论。
3. 使用插空法/捆绑法:处理“不相邻”、“必须在一起”等问题。
4. 逆向思维:当正面计算困难时,考虑反面(如“至少有一个”可转化为“全部都不是”)。
五、真题示例(2022年全国卷)
> 有5个不同的球,放入3个不同的盒子中,每个盒子至少有一个球,问有多少种放法?
解析:
首先,把5个球分成3组(非空),然后分配到3个盒子中。
分组方式有三种:
3,1,1
2,2,1
对于3,1,1:
选3个球:$ C_5^3 = 10 $
剩下的两个球各放一个盒子里:$ frac{3!}{2!} = 3 $
总数:$ 10 times 3 = 30 $
对于2,2,1:
选2个球:$ C_5^2 = 10 $
剩下3个中选2个:$ C_3^2 = 3 $
但要注意重复:除以2!
总数:$ frac{10 times 3}{2} = 15 $
分配到3个盒子:$ 3! = 6 $
总数:$ 15 times 6 = 90 $
总放法:$ 30 + 90 = 120 $
六、
在高考中,排列组合虽然不算最难的部分,但容易因审题不清或计算错误而失分。建议多做练习题,掌握各种题型的解题思路和技巧。
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