新教材高中人教B版数学选择性学案第3章3-1-3第1课时组合与组合数

3.1.3组合与组合数第1课时组合与组合数学习任务核心素养1．理解组合与组合数的概念．(重点)2．会推导组合数公式，并会应用公式求值．(重点)3．理解组合数的两个性质，并会求值、化简和证明．(难点、易混点)1．通过学习组合与组合数的概念，培养数学抽象的素养．2．借助组合数公式及组合数的性质进行运算，培养数学运算的素养．高考不分文理科后，思想政治、历史、地理、物理、化学、生物这6大科目是选考的，如果考生任选3科作为自己的考试科目，那么选考的组合方式一共有多少种可能的情况？问题：其中选物理不选历史和选历史不选物理的情况又分别有几种？[提示]这几个问题都与顺序无关，学完本节内容便能顺利求解．知识点1组合的概念一般地，从n个不同对象中取出m(m≤n)个对象并成一组，称为从n个不同对象中取出m个对象的一个组合．提醒：(1)所谓并成一组是指与顺序无关，例如组合a，b与组合b，a是同一组合，可以把一个组合看成一个集合．(2)组合概念的两个要点：①n个对象是不同的；②“只取不排”，即取出的m个对象组成的组合与取出对象的先后顺序无关，无序性是组合的特征性质．(3)如果两个组合中的对象完全相同，那么不管对象的顺序如何，它们都是相同的组合．如果两个组合中的对象不完全相同(即使只有一个对象不同)，那么它们就是不同的组合．拓展：排列与组合的异同排列组合相同点从n个不同对象中取出m(m≤n)个对象不同点按照一定的顺序排成一列不管顺序地并成一组1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)两个组合相同的充要条件是组成组合的元素完全相同． ()(2)从a1，a2，a3三个不同元素中任取两个元素组成一个组合，所有组合的个数为Ceq\o\al(2,3)． ()(3)从甲、乙、丙3名同学中选出2名去参加某两个乡镇的社会调查，有多少种不同的选法是组合问题． ()(4)从甲、乙、丙3名同学中选出2名，有3种不同的选法． ()[答案](1)√(2)√(3)×(4)√知识点2组合数的概念、公式定义从n个不同对象中取出m个对象的所有组合的个数，称为从n个不同对象中取出m个对象的组合数表示Ceq\o\al(m,n)(n，m∈N＋且m≤n)组合数公式乘积式Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(A\o\al(m,n),A\o\al(m,m))＝eq\f(nn－1·n－2…n－m＋1,m！)阶乘式Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(n！,m！n－m！)“组合”与“组合数”是同一个概念吗？[提示]同“排列”与“排列数”是两个不同的概念一样，“组合”与“组合数”也是两个不同的概念．例如，从3个不同对象a，b，c中每次取出2个对象的所有组合为ab，ac，bc，共3种，其中每一种情况都是一个组合，而组合数是3．拓展：(1)组合数公式Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(nn－1…[n－m－1],m×m－1×…×2×1)的形式特点：①分子是m个数相乘，且第一个因数是n，后面每一个因数比它前面一个因数少1，最后一个因数是n－m＋1；②分母是m的阶乘．(2)组合数公式Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(A\o\al(m,n),A\o\al(m,m))体现了组合数与相应排列数的关系，一般在计算具体的组合数时会用到．(3)组合数公式Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(n！,n－m！m！)的主要作用有：①用于计算m，n较大时的组合数；②对含有字母的组合数的式子进行变形和证明．2．Ceq\o\al(2,18)＝________，Ceq\o\al(17,18)＝________．15318[Ceq\o\al(2,18)＝eq\f(18×17,2)＝153，Ceq\o\al(17,18)＝eq\f(18！,17！18－17！)＝18．]3．从3,5,7,11这四个数中任取两个相乘，可以得到不相等的积的个数为________．6[从四个数中任取两个数的取法为Ceq\o\al(2,4)＝6．]类型1组合的概念【例1】判断下列各事件是排列问题还是组合问题．(1)10支球队以单循环进行比赛(每两队比赛一次)，这次比赛需要进行多少场次？(2)10支球队以单循环进行比赛，这次比赛冠、亚军获得者有多少种可能？(3)从10个人里选3个代表去开会，有多少种选法？(4)从10个人里选出3个不同学科的课代表，有多少种选法？[思路点拨]要确定是组合还是排列问题，只需确定取出的元素是否与顺序有关．[解](1)是组合问题，因为每两个队比赛一次并不需要考虑谁先谁后，没有顺序的区别．(2)是排列问题，因为甲队得冠军、乙队得亚军与甲队得亚军、乙队得冠军是不一样的，是有顺序的区别．(3)是组合问题，因为3个代表之间没有顺序的区别．(4)是排列问题，因为3个人中，担任哪一科的课代表有顺序的区别．1．根据排列与组合的定义进行判断，区分排列与组合问题，先确定完成的是什么事件，然后看问题是否与顺序有关，与顺序有关的是排列，与顺序无关的是组合．2．区分有无顺序的方法把问题的一个选择结果写出来，然后交换这个结果中任意两个元素的位置，看是否会产生新的变化，若有新变化，即说明有顺序，是排列问题；若无新变化，即说明无顺序，是组合问题．eq\o([跟进训练])1．(对接教材P22练习AT2)从5个不同的元素a，b，c，d，e中取出2个，写出所有不同的组合．[解]要想写出所有组合，就要先将元素按照一定顺序排好，然后按顺序用图示的方法将各个组合逐个标出来，如图所示：由此可得所有的组合为ab，ac，ad，ae，bc，bd，be，cd，ce，de．类型2组合数公式的应用【例2】(1)式子eq\f(nn＋1n＋2…n＋100,100！)可表示为()A．Aeq\o\al(100,n＋100) B．Ceq\o\al(100,n＋100)C．101Ceq\o\al(100,n＋100) D．101Ceq\o\al(101,n＋100)(2)求值：Ceq\o\al(5－n,n)＋Ceq\o\al(9－n,n＋1)．[思路点拨]根据题目的特点，选择适当的组合数公式进行求值或证明．(1)D[分式的分母是100！，分子是101个连续自然数的乘积，最大的为n＋100，最小的为n，故eq\f(nn＋1n＋2…n＋100,100！)＝101·eq\f(nn＋1n＋2…n＋100,101！)＝101Ceq\o\al(101,n＋100)．](2)[解]由组合数定义知：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(0≤5－n≤n，,0≤9－n≤n＋1，))所以4≤n≤5，又因为n∈N＋，所以n＝4或5．当n＝4时，Ceq\o\al(5－n,n)＋Ceq\o\al(9－n,n＋1)＝Ceq\o\al(1,4)＋Ceq\o\al(5,5)＝5；当n＝5时，Ceq\o\al(5－n,n)＋Ceq\o\al(9－n,n＋1)＝Ceq\o\al(0,5)＋Ceq\o\al(4,6)＝16．关于组合数计算公式的选取1．涉及具体数字的可以直接用公式Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(A\o\al(m,n),A\o\al(m,m))＝eq\f(nn－1n－2…n－m＋1,m！)计算．2．涉及字母的可以用阶乘式Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(n！,m！n－m！)计算．eq\o([跟进训练])2．(1)计算：Ceq\o\al(4,10)－Ceq\o\al(3,7)·Aeq\o\al(3,3)；(2)求证：Ceq\o\al(m,n)＝eq\f(m＋1,n＋1)Ceq\o\al(m＋1,n＋1)．[解](1)Ceq\o\al(4,10)－Ceq\o\al(3,7)·Aeq\o\al(3,3)＝eq\f(10×9×8×7,4×3×2×1)－7×6×5＝210－210＝0．(2)证明：右边＝eq\f(m＋1,n＋1)·eq\f(n＋1！,m＋1！n－m！)＝eq\f(n！,m！n－m！)＝Ceq\o\al(m,n)＝左边．即等式成立．类型3简单的组合问题解答简单组合问题的关键是什么？[提示]关键是把实际问题模型化，在此基础上选择组合数公式求解.【例3】现有10名教师，其中男教师6名，女教师4名．(1)现要从中选2名去参加会议，有多少种不同的选法？(2)选出2名男教师或2名女教师参加会议，有多少种不同的选法？(3)现要从中选出男、女教师各2名去参加会议，有多少种不同的选法？[解](1)从10名教师中选2名去参加会议的选法种数，就是从10个不同元素中取出2个元素的组合数，即Ceq\o\al(2,10)＝eq\f(10×9,2×1)＝45(种)．(2)可把问题分两类情况：第1类，选出的2名是男教师有Ceq\o\al(2,6)种方法；第2类，选出的2名是女教师有Ceq\o\al(2,4)种方法．根据分类加法计数原理，共有Ceq\o\al(2,6)＋Ceq\o\al(2,4)＝15＋6＝21种不同选法．(3)从6名男教师中选2名的选法有Ceq\o\al(2,6)种，从4名女教师中选2名的选法有Ceq\o\al(2,4)种，根据分步乘法计数原理，共有不同的选法Ceq\o\al(2,6)×Ceq\o\al(2,4)＝15×6＝90(种)．(变结论)本例其他条件不变，问题变为从中选2名教师参加会议，至少有1名男教师的选法是多少？最多有1名男教师的选法又是多少？[解]至少有1名男教师可分两类：1男1女有Ceq\o\al(1,6)Ceq\o\al(1,4)种，2男0女有Ceq\o\al(2,6)种．由分类加法计数原理知有Ceq\o\al(1,6)Ceq\o\al(1,4)＋Ceq\o\al(2,6)＝39种．最多有1名男教师包括两类：1男1女有Ceq\o\al(1,6)Ceq\o\al(1,4)种，0男2女有Ceq\o\al(2,4)种．由分类加法计数原理知有Ceq\o\al(1,6)Ceq\o\al(1,4)＋Ceq\o\al(2,4)＝30种．解简单的组合应用题的策略1．解简单的组合应用题时，首先要判断它是不是组合问题，组合问题与排列问题的根本区别在于排列问题与取出元素之间的顺序有关，而组合问题与取出元素的顺序无关．2．要注意两个基本原理的运用，即分类与分步的灵活运用．提醒：在分类和分步时，一定注意有无重复或遗漏．eq\o([跟进训练])3．我国古代典籍《周易》用“卦”描述万物的变化．每一“重卦”由从下到上排列的6个爻组成，爻分为阳爻“━━”和阴爻“━━”，如图就是一重卦．如果某重卦中有2个阳爻，则它可以组成________种重卦．(用数字作答)15[由题设知，“重卦”的种数为Ceq\o\al(2,6)＝15．]1．下列四个问题属于组合问题的是()A．从4名志愿者中选出2人分别参加导游和翻译的工作B．从0,1,2,3,4这5个数字中选取3个不同的数字，组成一个三位数C．从全班同学中选出3名同学出席运动会开幕式D．从全班同学中选出3名同学分别担任班长、副班长和学习委员C[A、B、D项均为排列问题，只有C项是组合问题．]2．若Aeq\o\al(3,n)＝12Ceq\o\al(2,n)，则n等于()A．8B．5或6C．3或4D．4A[Aeq\o\al(3,n)＝n(n－1)(n－2)，Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(1,2)n(n－1)，所以n(n－1)(n－2)＝12×eq\f(1,2)n(n－1)．由n∈N＋，且n≥3，解得n＝8．]3．从7名男生和5名女生中选4人参加夏令营，规定男、女同学至少各有1人参加，则选法总数应为()A．Ceq\o\al(1,7)Ceq\o\al(1,5)Ceq\o\al(2,10) B．Ceq\o\al(1,7)Ceq\o\al(1,5)Aeq\o\al(2,10)C．Ceq\o\al(4,12)－Ceq\o\al(4,7)－Ceq\o\al(4,5) D．Ceq\o\al(1,7)Ceq\o\al(1,5)(Ceq\o\al(2,6)＋Ceq\o\al(1,4)Ceq\o\al(1,6)＋Ceq\o\al(2,4))C[任选4人的方法数为Ceq\o\al(4,12)，减去其中全部为男生或全部为女生的方法数Ceq\o\al(4,7)＋Ceq\o\al(4,5)，故选法总数应为Ceq\o\al(4,12)－Ceq\o\al(4,7)－Ceq\o\al(4,5)．]4．从9名学生中选出3名参加“希望英语”口语比赛，有______种不同的选法．84[由题意可知共有Ceq\o\al(3,9)＝eq\f(9×8×7,3×2×1)＝84种