排列組合是高中數(shù)學中的重要板塊.解答排列組合問題,需靈活運用兩個計數(shù)原理:分步計數(shù)原理和分類計數(shù)原理.解答排列組合問題的方法有很多種,那么如何根據(jù)題目選擇合適的方法進行求解呢?下面筆者結合幾道典型例題,來談一談解答排列組合問題的三種方法:畫樹形圖法、捆綁法、插空法.
一、畫樹形圖法
當問題中某個事件可能出現(xiàn)的情況不多時,我們就可以根據(jù)題意將可能出現(xiàn)的情況用樹形圖展示出來,這樣便能通過樹形圖一目了然地知曉所有可能出現(xiàn)的情況,以及各個元素之間的組合、排列情況,從而快速獲得問題的答案.
例1.小明和他的3個朋友聚在一起寫新年祝??ㄆF(xiàn)規(guī)定每個人都只能寫一張卡片,然后收集起來,之后每一個人從中隨機抽出一張卡片,那么從中抽到別人的新年祝福一共有多少種可能?
解:假設小明和他的3個朋友分別為甲、乙、丙、丁,將4個人所寫的卡片分別記為A、B、C、D,根據(jù)題意可得如圖所示的樹形圖.
由圖可知,從中抽到別人的新年祝福卡片一共有9種可能.
我們采用畫樹形圖的方式將所有可能的情況一一羅列出來,就能根據(jù)樹形圖將所有可能的情況統(tǒng)計出來.在畫圖時,要注意按照一定的順序去連線,避免重復或者遺漏任何可能的情況.
二、捆綁法
若要求某幾個元素必須相鄰,就可以使用捆綁法來求這些元素的排列組合數(shù).捆綁法是指將要求相鄰的元素捆綁起來,看作是一個整體,然后將這一個整體與其他的元素一起進行排列.如果題目中對于相鄰的元素的排列順序有要求,還需要對這幾個相鄰的元素進行排序.
例2.小明一家8口人坐在一排觀看某個電視節(jié)目,小明爸爸、小明媽媽和小明3個人中有2個人必須坐在一起,但是他們3個人不能同時坐在一起,請問一共有多少種坐法?
解:因為小明爸爸、小明媽媽和小明3個人中有2個人必須坐在一起,所以可以使用捆綁法,先將他們3個人中的任意2個人捆綁起來,有C3(2)?A2(2)種坐法;然后將這2人看作是一個整體,與剩下的5個人一起排列,有A6(6)?C3(2)?A2(2)種坐法;再對小明、小明的爸爸媽媽3個人的座位進行分析,需要將3個人中未捆綁的那個人插入到6個元素的5個間隙中,有C5(1)種排法.根據(jù)分步計數(shù)原理可得一共有A6(6)?C3(2)?A2(2)?C5(1)=21600種坐法.
在運用捆綁法解答問題時,一般要分兩個步驟進行:第一步是排相鄰元素以外的元素的順序;第二步則是排相鄰元素內(nèi)部元素的順序;最后利用分步計數(shù)原理進行計算,即可得到答案.
三、插空法
與捆綁法相反,插空法主要用于解答不相鄰問題.插空法是將不相鄰的元素分別插入到其他元素的間隙之中.在運用此方法解答問題時,需要優(yōu)先處理不作要求的元素;之后再將需要插空的元素放在不作要求的元素的間隙中,進行排列.
例3.有7個學生,現(xiàn)在站成一排,其中有3個男生不能站在一起,一共有幾種排列方法?
解:題目中對于女生并沒有提出站位要求,所以先分析女生可能的站位.題目中有4個女生,所以可能的排列方法有A4(4)種.之后分析女生站位之間存在的間隙,4個女生之間有3個空位,加上首尾兩端的位置,總共有5個間隙.最后,將所有的男生插入到這5個間隙中,所以男生的站位方法有A5(3)種.因此共有A5(3)?A4(4)=1440種排列方法.
在運用插空法解題時,要明確哪些元素是不相鄰的,哪些元素是沒有要求的.同時還要準確算出沒有要求的元素之間的間隙數(shù).
總的來說,解答排列組合問題,同學們要仔細讀題,明確以下幾點:(1)元素是否相鄰;(2)各種可能出現(xiàn)的情況,合理進行分類、畫圖;(3)明確要完成一件事情,需要分多少步,合理進行分步.只有選用合適的方法進行求解,才能快速得到正確的答案.
(作者單位:江蘇省建湖縣第一中學)