高中数学中解决排列组合问题四步曲

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  【摘 要】排列组合问题是高中数学中逻辑思维比较复杂的一个知识板块,是重要的计数模型,是概率统计的基础,是高考的热点。在学生应用排列组合知识解决实际计数问题的过程中,一是不能将问题抽象成排列组合模型,二是区分不清是排列问题还是组合问题。基于此,本文从具体实例出发,“身临其境”给出了解决排列组合问题的四个关键步骤,帮助学生轻松应对这一难题。
  【关键词】高中数学;排列组合;解题策略
  排列组合问题是人教A版选修2-3的第一章的内容,对于刚接触这部分内容的大部分学生来说,都会感到囧困。特别是对于一些排列组合的综合问题更望而生畏。但是这部分内容又是培养学生逻辑推理、数学建模核心素养的重要载体,是概率统计的基础,是高考常考常新的热点问题。
  筆者认为要想顺利解决排列组合问题,必须深刻理解概念的生成过程;同时掌握有效的解题步骤。今天,笔者将从四个方面突破排列组合问题。
  一、解题时常见困惑
  学生的困惑归根结底有这样几种。
  首先,学生对题目意思搞不懂,不能做到身临其境。例如,4个同学植3棵不同的树,一棵树限1人完成,则不同的植树方法有几种?学生会对“一棵树限1人完成”不理解,甚至是会将此问题与“4个同学植3棵不同的树,每人种一棵树,则不同的植树方法有几种?”混淆起来。
  第二,分析问题的角度多,学生感觉应接不暇。例如,7名同学排队照相,甲同学不站在最左边,乙同学不站在最右边,有多少种不同的站队方式?我们可以从甲同学的站队位置分析,也可以乙同学的位置分析,还可以用间接的方法求解。
  第三,方法灵活多样,一时间难以分辨。例如,7名同学排队照相,甲、乙、丙三名同学要站在一起,则不同的站队方式有几种?此时要用到“捆绑”的方法;再如,7名同学排队照相,甲、乙同学不能站在一起,则不同的站队方式有几种?而此时又会用到“插空”的方法。等等如此。
  第四,重复,遗漏,时有发生。当学生选择了一定的方法和原理后,计算的结果总是跟正确答案有所出入,不是多了,就是少了,最让人恼火的是找不到多了哪些,少了哪些。
  总之,这样的问题几乎贯穿了整个排列组合的学习过程,让学生谈“排”色变!
  二、抓住要点,逐一破解
  其实,想要解决排列组合的瓶颈问题,只要抓住要点,用好以下四步,便可逐一突破。
  (一)认真审题,搞清楚整个事件。很多时候学生不是不会做题,只是从一开始就没有搞清楚题目意思,没有弄清楚到底是要做怎样的一件事。
  例1:4个同学植3棵不同的树,一棵树限1人完成,则不同的植树方法有几种?
  【分析】:整个事件是种3棵树,每棵树限1人完成。所以从树的角度讲,每棵树选到一人即可,一人可种多棵树。所以。
  例2:4个同学植3棵不同的树,每人种一棵树,则不同的植树方法有几种?
  【分析】:整个事件是4人植树,每人种一棵树,可以多个人种一棵树。所以从人的角度讲,每人选到一棵树即可,所以。
  所以只要搞清楚要做的是一件什么样的事情,问题就迎刃而解了。
  (二)找到特殊元素,特殊位置很关键。特殊元素对解决排列组合问题起着至关重要的作用。
  例3:某班要从5名男生,3名女生中选出5名同学担任5门课的课代表,男生甲必须在内,但是不担任语文课代表,有多少种不同的选取方法?
  【分析】:简单的说整个事件是从8人中选5人担任课代表。而甲是个特殊人物,所以先从甲入手,在除了语文的4门课中给甲选一个,然后再确定剩下的4门课代表。
  (三)确定原理很重要。当我们把事情弄明白,并且找到了特殊元素同时,还要考虑用什么原理。
  分类加法原理:
  分步乘法原理:
  如果是分类原理,一定要注意分的类别不重不漏;如果是分步原理,则要注意先做什么,后做什么,一共分几步。
  例4:某市举办物资博览会,有A,B,C,D,E五个代表团,入住a,b,c三家宾馆。规定同一代表团要住在同一家宾馆,每家宾馆至少住一个代表团。若A,B两个代表团必须安排在a宾馆,那么不同的安排方法有多少种?
  【分析】:整个事件是将5个代表团安排到3个宾馆,要求是:(1)同一代表团要住在同一家宾馆,(2)每家宾馆至少住一个代表团,(3)A,B两个代表团必须安排在a宾馆,故而A,B视为特殊元素。
  所以将5家代表团分成三个组可以是3,1,1,也可以是2,2,1,故用到分类加法原理。
  (i)如果按照3,1,1来分,而A,B两个代表团必须安排在a宾馆,A,B视为特殊元素,所以只需将其他3个代表团分到3家宾馆,每家宾馆住一个代表团即可。;
  (ii)如果按照2,2,1来分,A,B视为特殊元素,已经入住a宾馆,所以就意味着剩下的3个代表团有两个入住同一宾馆。先选后排,分步计数原理;
  由分类加法原理得:
  (四)明确方法,查漏补缺。很多同学喜欢用间接法做排列组合问题,可是总会与正确答案有差距,要么就是减多了,要么就是少减了。这时就需要我们对所分的类认真分析,多减了的要补回来,少减了的继续减掉。
  例5:某国际组织有7个成员国,一次会议后要合影留念。A国不站在最左边,B国不站在最右边,有多少种不同得排队方法?
  【分析】:整个事件是7个国家站队,A国不站在最左边,B国不站在最右边,故而A,B是特殊元素。如果从A国得角度分析,它可以在最右边,也可以在中间得五个位置,所以用分类原理。
  (方法一)
  (i)A国站在最右边:
  (ii)A国在中间五个位置:此时又要用到分步乘法原理。先给A在中间5个位置选一个,再在除去最右边和A已经站好的位置后剩下的5个位置中给B定一个位置,剩下的5个国家全排。
  (方法二)间接法
  从7个元素得全排列中减掉A在最左边,再减掉B在最右边的情况,,但是此时,A在最左同时B在最右边得情况被减掉了两次,需要再补回来。
  结束语:
  综上所述,上述四个步骤在解题过程中要综合考虑。读清楚题目意思,弄明白整个事件,才能合理的找到突破口。找到特殊元素、特殊位置,是为有效分析找准角度。明确所用原理,就是确定解题思路。只有认真反思,养成查漏补缺的好习惯,才能做到万无一失。总而言之,认真读题是基础,找到特殊元素是关键,用好原理是根本,查漏补缺,才能不丢分。
  参考文献:
  [1]严道顺.例谈排列组合问题得常用技巧和方法[J].中国科教创新导刊,2010(24).
  [2]夏燕军.排列组合问题易混点解析[J].2015(07).
  (作者单位:云南衡水呈贡实验中学)
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