第四类,经过F点的路线,从A经F到B只有一种走法. 最后由加法原理即可求解.
解:如上右图,从A到B共有下面的走法: 从A经C到B共有232=4种走法; 从A经D到B共有434=16种走法; 从A经E到B共有1种走法; 从A经F到B共有1种走法. 所以,从A到B共有: 4+16+1+1=22 种不同的走法.
习题二
1.如右图,从甲地到乙地有三条路,从乙地到丙地有三条路,从甲地到丁地有两条路,从丁地到丙地有四条路,问:从甲地到丙地共有多少种走法?
2.书架上有6本不同的画报和7本不同的书,从中最多拿两本(不能不拿),有多少种不同的拿法?
3.如下图中,沿线段从点A走最短的路线到B,各有多少种走法?
4.在1~1000的自然数中,一共有多少个数字0?
5.在1~500的自然数中,不含数字0和1的数有多少个?
6.十把钥匙开十把锁,但不知道哪把钥匙开哪把锁,问:最多试开多少次,就能把锁和钥匙配起来?
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第三讲 排 列
在实际生活中常遇到这样的问题,就是要把一些事物排在一起,构成一列,计算有多少种排法.就是排列问题.在排的过程中,不仅与参加排列的事物有关,而且与各事物所在的先后顺序有关.
例如 某客轮航行于天津、青岛、大连三个城市之间.问:应准备有多少种不同船票? 分析这个问题,可以用枚举法解决,三个城市之间,船票有下面六种设置方式:
如果不用枚举法,注意到要准备的船票的种类不仅与所选的两个城市有关,而且与这两个城市作为起点、终点的顺序有关,所以,要考虑共准备多少种不同的船票,就要在三个城市之间每次取出两个,按照起点、终点的顺序排列. 首先确定起点站,在三个城市中,任取一个为起点站,共有三种选法.
其次确定终点站,每次确定了一个起点站后,只能从剩下的两个城市之中选终点站,共有两种选法. 由乘法原理,共需准备: 332=6
种不同的船票.
为叙述方便,我们把研究对象(如天津、青岛、大连)看作元素,那么上面的问题就是在三个不同的元素中取出两个,按照一定的顺序排成一列的问题.我们把每一种排法叫做一个排列(如天津——青岛就是一个排列),把所有排列的个数叫做排列数.那么上面的问题就是求排列数的问题.
一般地,从n个不同的元素中任取出m个(m?n)元素,按照一定的顺序排成一列.叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个排列.
由排列的定义可以看出,两个排列相同,不仅要求这两个排列中的元素完全相同,而且各元素的先后顺序也一样.如果两个排列的元素不完全相同.或者各元素的排列顺序不完全一样,则这就是两个不同的排列.
第一步:先排第一个位置上的元素,可以从n个元素中任选一个,有n种不同的选法;
第二步:排第二个位置上的元素.这时,由于第一个位置已用去了一个元素,只剩下(n-1)个不同的元素可供选择,共有(n-1)种不同的选法;
第三步:排第三个位置上的元素,有(n-2)种不同的选法; ?
第m步:排第m个位置上的元素.由于前面已经排了(m-1)个位置,用去了(m-1)个元素.这样,第m个位置上只能从剩下的[n-(m-1)]=(n-m+1)个元素中选择,有(n-m+1)种不同的选法. 由乘法原理知,共有: n(n-1)(n-2)?(n-m+1) 种不同的排法,即:
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例2 有五面颜色不同的小旗,任意取出三面排成一行表示一种信号,问:共可以表示多少种不同的信号?
分析 这里五面不同颜色的小旗就是五个不同的元素,三面小旗表示一种信号,就是有三个位置.我们的问题就是要从五个不同的元素中取三个,排在三个位置的问题.由于信号不仅与旗子的颜色有关,而且与不同旗子所在的位置有关,所以是排列问题,且其中n=5,m=3. 解:由排列数公式知,共可组成
种不同的信号.
补充说明:这个问题也可以用乘法原理来做,一般,乘法原理中与顺序有关的问题常常可以用排列数公式做,用排列数公式解决问题时,可避免一步步地分析考虑,使问题简化.
例3 用1、2、3、4、5、6、7、8可组成多少个没有重复数字的五位数? 分析 这是一个从8个元素中取5个元素的排列问题,且知n=8,m=5. 解:由排列数公式,共可组成:
个不同的五位数.
例4 幼儿园里的6名小朋友去坐3把不同的椅子,有多少种坐法?
分析 在这个问题中,只要把3把椅子看成是3个位置,而6名小朋友作为6个不同元素,则问题就可以转化成从6个元素中取3个,排在3个不同位置的排列问题. 解:由排列数公式,共有:
种不同的坐法.
例5 幼儿园里3名小朋友去坐6把不同的椅子(每人只能坐一把),有多少种不同的坐法?
分析 与例4不同,这次是椅子多而人少,可以考虑把6把椅子看成是6个元素,而把3名小朋友作为3个位置,则问题转化为从6把椅子中选出3把,排在3名小朋友面前的排列问题. 解:由排列公式,共有:
种不同的坐法.
例6 有4个同学一起去郊游,照相时,必须有一名同学给其他3人拍照,共可能有多少种拍照情况?(照相时3人站成一排)
分析 由于4人中必须有一个人拍照,所以,每张照片只能有3人,可以看成有3个位置由这3人来站.由于要选一人拍照,也就是要从四个人中选3人照相,所以,问题就转化成从四个人中选3人,排在3个位置中的排列问题.要计算的是有多少种排法.
解:由排列数公式,共可能有:
种不同的拍照情况.
例7 4名同学到照相馆照相.他们要排成一排,问:共有多少种不同的排法?
分析 4个人到照相馆照相,那么4个人要分坐在四个不同的位置上.所以这是一个从4个元素中选4个,排成一列的问题.这时n=4,m=4.
解:由排列数公式知,共有
种不同的排法.
一般地,对于m=n的情况,排列数公式变为
表示从n个不同元素中取n个元素排成一列所构成排列的排列数. 这种n个排列全部取出的排列,叫做n个不同元素的全排列.
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(2)式右边是从n开始,后面每一个因数比前一个因数小1,一直乘到1的乘积,记为n!,读做n的阶乘,则(2)式可以写为:
例9 5个人并排站成一排,其中甲必须站在中间有多少种不同的站法?
分析 由于甲必须站在中间,那么问题实质上就是剩下的四个人去站其余四个位置的问题,是一个全排列问题,且n=4. 解:由全排列公式,共有
种不同的站法.
习题三
1.计算
2.某铁路线共有14个车站,这条铁路线共需要多少种不同的车票.
3.有红、黄、蓝三种信号旗,把任意两面上、下挂在旗杆上都可以表示一种信号,问共可以组成多少种不同的信号?
4.班集体中选出了5名班委,他们要分别担任班长,学习委员、生活委员、宣传委员和体育委员.问:有多少种不同的分工方式?
5.由数字1、2、3、4、5、6可以组成多少没有重复数字的 ①三位数?
②个位是5的三位数? ③百位是1的五位数? ④六位数?
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第四讲 组合
日常生活中有很多“分组”问题.如在体育比赛中,把参赛队分为几个组,从全班同学中选出几人参加某项活动等等.这种“分组”问题,就是我们将要讨论的组合问题,这里,我们将着重研究有多少种分组方法的问题.
例如 某客轮航行于天津、青岛、大连三个城市之间.那么,船票共有几种价格(往返票价相同)? 注意到由天津到青岛的票价与从青岛到天津的票价是一样的,所以问题实际上就是计算从三个城市中取两个城市,有多少种不同的取法,即这时只与考虑的两个城市有关而与两个城市的顺序无关. 由枚举法知,共有下面的三种票价: 天津←→青岛 青岛←→大连 大连←→天津
我们把研究对象(如天津、青岛、大连)看作元素,那么上面的问题就是从3个元素中取出2个,组成一组的问题,我们把每一组叫做一个组合,把所有的组合的个数叫做组合数,上面的问题就是要求组合数.
一般地,从n个不同元素中取出m个(m≤n)元素组成一组不计较组内各元素的次序,叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个组合.
由组合的定义可以看出,两个组合是否相同,只与这两个组合中的元素有关,而与取到这些元素的先后顺序无关.只有当两个组合中的元素不完全相同时,它们才是不同的组合.
从n个不同元素中取出m个元素(m≤n)的所有组合的个数,叫做从n个不同元素中取出m个不同元素的组合数.记作Cmn.
如上面的例子,就是要计算从3个城市中取2个城市的组合数C23,由枚举法得出的结论知:C23=3. 那么它是怎样计算出来的呢? 从第三讲开头的例子,即准备天津、青岛、大连三个城市之间的船票的问题发现,这个问题实际上可以这样分两步完成:第一步是从三个城市中选两个城市,是一个组合问题,由组合数公式,有取C23法.第二步是将取出的两个城市进行排列,由全排列公式,有P23种排法,所以,由乘法原理得到P23=C23×P23.故有: C23=P23÷P22=(3×2)÷2=3.
例1 计算:①C26,C46;②C27,C57.
注意到上面的结果中,有C26=C46,C27=C57. 一般地,组合数有下面的重要性质: Cmn=Cn-mn (m≤n)
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