例1(优化设计P178例1)、从6名短跑运动员中选4人参加4×100米接力,如果其中甲不跑第一棒,乙不跑第四棒,问共有多少种参赛方法?
解法一: 问题分成三类:(1)甲乙二人均不参加,有 种;(2)甲、乙二人有且仅有1人参加,有2 ( - )种;(3)甲、乙二人均参加,有 ( -2 + )种,故共有252种.
解法二:六人中取四人参加的种数为 ,从6人中选4人的排列组合数减去甲跑第一棒时从剩余5人中选3人的排列组合数,再减去乙跑第四棒时从剩余5人中选3人的排列组合数,再加上甲跑第一棒且乙跑第四棒时从剩余4人中选2人的排列组合数
- =252种
[评述]对于带有限制条件的排列、组合综合题,一般用分类讨论或间接法两种.
例2: 有5个男生和3个女生,从中选取5人担任5门不同学科的科代表,求分别符合下列条件的选法数:
(1)有女生但人数必须少于男生.
(2)某女生一定要担任语文科代表.
(3)某男生必须包括在内,但不担任数学科代表.
(4)某女生一定要担任语文科代表,某男生必须担任科代表,但不担任数学科代表.
解:(1)先取后排,有 种,后排有 种,共有 =5400种.
(2)除去该女生后先取后排: 种.
(3)先取后排,但先安排该男生: 种.
(4)先从除去该男生该女生的6人中选3人有 种,再安排该男生有 种,其余3人全排有 种,共 =360种.
[思维点拨]特殊元素或特殊位置首先考虑
例3(优化设计P178例2)、对某种产品的6件不同正品和4件不同次品一一进行测试,至区分出所有次品为止,若所有次品恰好在第5次测试时被全部发现,则这样的测试方法有多少种可能?
解:第5次必测出一次品,余下3件次品在前4次被测出,从4件中确定最后一件次品有 种方法,前4次中应有1件正品、3件次品,有 种,前4次测试中的顺序有 种,由分步计数原理即得: ( ) =576。
[评述]本题涉及一类重要问题:问题中既有元素的限制,又有排列的问题,一般是先选元素(即组合)后排列
例4(优化设计P178例3)、在一块并排10垄的田地中,选择2垄分别种植A,B两种作物,每种作物种植一垄,为有利于作物生长,要求A,B两种作物的间隔不小于6垄,则不同的选垄方法共有多少种?
解: 依题意,A,B两种作物的间隔至少6垄,至多8垄。分3种情况:(1)若A、B之间隔6垄,这样的选垄方法有3A 种.
(2)若A、B之间隔7垄,这样的选垄方法有2A 种.
(3)若A、B之间隔8垄,有A 种方法.
根据分类计数原理可有3A +2A +A =6A =12种不同的选垄方法.
例5(优化设计P178例4)、有两排座位,前排11个座位,后排12个座位,现安排2人就座,规定前排中间的3个座位不能坐,并且这2人不左右相邻,那么不同排法的种数是
解法一: ①前后各一个,有8×12×2=192种方法
②前排左、右各一人:共有4×4×2=32种方法
③两人都在前排:
两人都在前排左边的四个位置:
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乙可坐2个位置 |
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乙可坐1个位置 |
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2+2=4 |
1+1=2 |
此种情况共有4+2=6种方法
因为两边都是4个位置,都坐右边亦有6种方法,所以坐在第一排总共有6+6=12种方法
④两人都坐在第二排位置,先规定甲左乙右
∴ 甲左乙右总共有 种方法.同样甲、乙可互换位置,乙左甲右也同样有55种方法,所以甲、乙按要求同坐第二排总共有55×2=110种方法。综上所述,按要求两人不同排法有 192+32+12+110=346种
解法二:考虑20个位置中安排两个人就坐,并且这两人左右不相邻,4号座位与5号座位不算相邻,9号座位与10号座位不算相邻,共有 种
备用题:
例6、有6本不同的书
(1)甲、乙、丙3人每人2本,有多少种不同的分法?
(2)分成3堆,每堆2本,有多少种不同的分堆方法?
(3)分成3堆,一堆1本,一堆2本,一堆3本,有多少种不同的分堆方法?
(4)分给甲、乙、丙3人,一人1本,一人2本,一人3本,有多少不同的分配方法?
(5)分成3堆,有2堆各一本,另一堆4本,有多少种不同的分堆方法?
(6)摆在3层书架上,每层2本,有多少种不同的摆法?
解:(1)在6本书中,先取2本给甲,再从剩下的4本书中取2本给乙,最后2本给丙,共有 (种)。
(2)6本书平均分成3堆,用上述方法重复了 倍,故共有 (种)。
(3)从6本书中,先取1本做1堆,再在剩下的5本中取2本做一堆,最后3本做一堆,共有 (种)
(4)在(3)的分堆中,甲、乙、丙3人任取一堆,故共有 (种)。
(5)平均分堆要除以堆数的全排列数,不平均分堆则不除,故共有 (种)。
(6)本题即为6本书放在6个位置上,共有 (种)。
例7、(1)10个优秀指标分配给6个班级,每班至少一个,共有多少种不同的分配方法?
(2)10个优秀名额分配到一、二、三3个班,若名额数不少于班级序号数,共有多少种不同的分配方法?
解:(1)如果按指标的个数进行分类,讨论比较复杂,可构造模型,即用5个隔板插入10个指标中的9个空隙,即 即为所求。
(2)先拿3个指标分别给二班1个,三班2个,则问题转化为7个优秀名额分给三个班,每班至少一个,同(1)知 即为所求。