专题10 计数原理(解析版)

专题10 计数原理

【要点提炼】

1.分类加法计数原理

做一件事，完成它有n类办法，在第一类办法中有m1种不同的方法，在第二类办法中有m2种不同的方法，……，在第n类办法中有m n种不同的方法.则完成这件事共有N＝m1＋m2＋…＋m n种不同的方法.

2.分步乘法计数原理

做一件事，完成它需要分成n个步骤，做第一个步骤有m1种不同的方法，做第二个步骤有m2种不同的方法，……，做第n个步骤有m n种不同的方法.那么完成这件事共有N＝m1×m2×…×m n种不同的方法.

3.分类加法和分步乘法计数原理，区别在于：分类加法计数原理针对“分类”问题，其中各种方法相互独立，用其中任何一种方法都可以做完这件事；分步乘法计数原理针对“分步”问题，各个步骤相互依存，只有各个步骤都完成了才算完成这件事.

4.排列与组合的概念

5.排列数与组合数

(1)从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有排列的个数，叫做从n个不同元素中取出m个元素的排列数.

(2)从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有组合的个数，叫做从n个不同元素中取出m个元素的组合数.

6.排列数、组合数的公式及性质

考向一计数原理

考向一分类加法计数原理的应用

【典例1】(1)从甲地到乙地有三种方式可以到达.每天有8班汽车、2班火车和2班飞机.一天一人从甲地去乙地，共有________种不同的方法.

(2)满足a，b∈{－1，0，1，2}，且关于x的方程ax2＋2x＋b＝0有实数解的有序数对(a，b)的个数为________.

解析(1)分三类：一类是乘汽车有8种方法；一类是乘火车有2种方法；一类是乘飞机有2种方法，由分类加法计数原理知，共有8＋2＋2＝12(种)方法. (2)当a＝0时，b的值可以是－1，0，1，2，故(a，b)的个数为4；当a≠0时，要使方程ax2＋2x＋b＝0有实数解，需使Δ＝4－4ab≥0，即ab≤1.

若a＝－1，则b的值可以是－1，0，1，2，(a，b)的个数为4；

若a＝1，则b的值可以是－1，0，1，(a，b)的个数为3；

若a＝2，则b的值可以是－1，0，(a，b)的个数为2.

由分类加法计数原理可知，(a，b)的个数为4＋4＋3＋2＝13.

答案(1)12(2)13

规律方法分类标准是运用分类加法计数原理的难点所在，应抓住题目中的关键词、关键元素和关键位置.

(1)根据题目特点恰当选择一个分类标准.

(2)分类时应注意完成这件事情的任何一种方法必须属于某一类，并且分别属于不同种类的两种方法才是不同的方法，不能重复.

(3)分类时除了不能交叉重复外，还不能有遗漏，如本典例(2)中易漏a＝0这一类. 考向二分步乘法计数原理的应用

【典例2】(1)用0，1，2，3，4，5可组成无重复数字的三位数的个数为________.

(2)五名学生报名参加四项体育比赛，每人限报一项，则不同的报名方法的种数为________.五名学生争夺四项比赛的冠军(冠军不并列)，则获得冠军的可能性有

______种.

解析(1)可分三步给百、十、个位放数字，第一步：百位数字有5种放法；第二步：十位数字有5种放法；第三步：个位数字有4种放法，根据分步乘法计数原理，三位数的个数为5×5×4＝100.

(2)五名学生参加四项体育比赛，每人限报一项，可逐个学生落实，每个学生有4种报名方法，共有45种不同的报名方法.五名学生争夺四项比赛的冠军，可对4个冠军逐一落实，每个冠军有5种获得的可能性，共有54种获得冠军的可能性. 答案(1)100(2)4554

规律方法 1.利用分步乘法计数原理解决问题要按事件发生的过程合理分步，即分步是有先后顺序的，并且分步必须满足：完成一件事的各个步骤是相互依存的，只有各个步骤都完成了，才算完成这件事.

2.分步必须满足两个条件：一是步骤互相独立，互不干扰；二是步与步确保连续，逐步完成.

考向三两个计数原理的综合应用

【典例3】(1)用数字1，2，3，4，5，6，7，8，9组成没有重复数字，且至多有一个数字是偶数的四位数，这样的四位数一共有________个(用数字作答). (2)如果一条直线与一个平面垂直，那么称此直线与平面构成一个“正交线面对”.在一个正方体中，由两个顶点确定的直线与含有四个顶点的平面构成的“正交线面对”的个数是()

A.48

B.18

C.24

D.36

解析(1)当不含偶数时，有A45＝120(个)，

当含有一个偶数时，有C14C35A44＝960(个)，

所以这样的四位数共有1 080个.

(2)在正方体中，每一个表面有四条棱与之垂直，六个表面，共构成24个“正交线面对”；而正方体的六个对角面中，每个对角面有两条面对角线与之垂直，共构成12个“正交线面对”，所以共有36个“正交线面对”.

答案(1)1 080(2)D

规律方法 1.在综合应用两个原理解决问题时应注意：

(1)一般是先分类再分步.在分步时可能又用到分类加法计数原理.(2)对于较复杂

的两个原理综合应用的问题，可恰当地列出示意图或列出表格，使问题形象化、直观化.

2.解决涂色问题，可按颜色的种数分类，也可按不同的区域分步完成.

[方法技巧]

1.应用两个计数原理的难点在于明确分类还是分步.

在处理具体的应用问题时，首先必须弄清楚“分类”与“分步”的具体标准是什么.选择合理的标准处理事情，可以避免计数的重复或遗漏.

2.(1)分类要做到“不重不漏”，分类后再分别对每一类进行计数，最后用分类加法计数原理求和，得到总数.

(2)分步要做到“步骤完整”，完成了所有步骤，恰好完成任务，当然步与步之间要相互独立，分步后再计算每一步的方法数，最后根据分步乘法计数原理，把完成每一步的方法数相乘，得到总数.

3.混合问题一般是先分类再分步.

4.要恰当画出示意图或树状图，使问题的分析更直观、清楚，便于探索规律.

考向二排列组合

考向一排列问题

【典例1】有3名男生、4名女生，在下列不同条件下，求不同的排列方法总数.

(1)选5人排成一排；

(2)排成前后两排，前排3人，后排4人；

(3)全体排成一排，女生必须站在一起；

(4)全体排成一排，男生互不相邻；

(5)(一题多解)全体排成一排，其中甲不站最左边，也不站最右边；

(6)(一题多解)全体排成一排，其中甲不站最左边，乙不站最右边.

解(1)从7人中选5人排列，有A57＝7×6×5×4×3＝2 520(种).

(2)分两步完成，先选3人站前排，有A37种方法，余下4人站后排，有A44种方法，共有A37·A44＝5 040(种).

(3)(捆绑法)将女生看作一个整体与3名男生一起全排列，有A44种方法，再将女