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第九章 排列组合与概率 ​

考情:排列组合是数量关系第一难点,也是拉分点;古典概率常与其同源。备考关键不是刷偏题,而是模型识别:看到「相邻→捆绑、不相邻→插空、相同元素分组→插板、全错位→错位重排、圆桌→环形」直接套法。

9.1 两大原理(先分「类」还是「步」) ​

原理何时用含义公式
加法原理分类(完成一件事有几类互斥办法)各类都能独立完成
乘法原理分步(完成一件事要连续几步)缺一不可,步与步相乘

判断口诀:

  • 「或者」「分成几种情况」→ 加;
  • 「先…再…」「依次」「分步完成」→ 乘。
  • 既有分类又有分步:先分类,类内分步(外加内乘)。

9.2 排列与组合公式 ​

记号名称意义公式常用值
(或 )排列从 n 个中取 m 个有顺序
组合从 n 个中取 m 个无顺序

关系:(先选人再排队)。

常用组合数(建议背):
。

「有序还是无序」一句话判别:

  • 选出的元素若还要排名、分工、坐不同座位、依次担任职务 → 排列;
  • 若只是组成一组、选出即可、不计较次序 → 组合。

9.3 特殊模型表(必背) ​

模型识别标志做法公式/要点
捆绑法必须相邻、在一起、连续先把相邻元素捆成一个整体参与全排列,再排内部整体排列 × 内部排列
插空法不相邻、不挨着、隔开先排无限制元素,再把限制元素插入空隙空位数 = 无限制元素数 + 1
插板法相同元素分给若干组,每组至少 1在 n−1 个空隙中插 m−1 块板
错位重排谁也不回到原位、全部错开、礼物互赠不重复直接背结论
环形排列圆桌、围成一圈、项链(可翻转另论)固定 1 人再排其余
多排排列排成前后多排一般按一排全排列处理(注意是否指定每排人数)
定序问题顺序固定(如甲在乙前)全排列后除以定序元素的阶乘
分组分配分组后再分人/分对象先分组(均分要除阶乘)再分配均分组:除以组数的阶乘

插板法两条件(缺一不可):① 元素完全相同;② 每个对象至少 1 个。
若允许为 0:先每人「借 1 个」或用 转化;若要求「至少 k 个」:先发 k−1 个再插板。

建模启发(怎么想到用该方法):先问三句——元素有没有区别?要不要排次序?有没有特殊限制?
有区别且有序→排列,只选不排→组合;再扫关键词:「相邻/在一起」→捆绑,「不相邻」→插空,「相同元素分给若干组且每组至少 1」→插板,「谁也不回原位」→错位重排,「围成一圈」→环形。认出标志再套公式,不要一上来就硬算。

9.4 古典概率 ​

定义(等可能)

常用性质

情形公式
互斥事件(不能同时发生)
对立事件
独立事件同时发生
至少一次/至少一个
分类互斥相加

实操:概率题先求「总样本数 n」和「目标样本数 m」,二者都可用排列组合算。
「至少」问题优先用 1 − 都不,比直接分类快。

9.5 例题精讲 ​

例 9-1 排列·全排列 ​

【例题】5 人排成一排照相,共有多少种不同排法?

【解析】5 人全排列

答案:120 种。

【点睛】「排成一排」默认有序,直接阶乘。若改「选 3 人照相」则是 。怎么想到:题干只要求「排成一排」、无其他限制,就是全排列模型。


例 9-2 组合·只选不排 ​

【例题】从 8 名同学中选出 3 人参加比赛,共有多少种选法?若再从中指定 1 名队长,多少种?

【解析】

指定队长:先选 3 人再定队长,或理解为「选 3 人并选出 1 个队长」

答案:只选 56 种;带队长 168 种。

【点睛】「选出即可」用组合;一旦出现「职务、排名、顺序」就升级为排列(,等价于选 3 个不同角色)。怎么想到:先看选出来的人还排不排名——不排就是组合。


例 9-3 捆绑法·相邻 ​

【例题】3 本不同的语文书、2 本不同的数学书排成一排,要求 3 本语文书必须相邻,共有多少种排法?

【解析】

  1. 把 3 本语文书捆成 1 个「大元素」,与 2 本数学书共 3 个元素,全排列 ;
  2. 语文书内部再排列 ;

答案:36 种。

【点睛】捆绑法两步——先捆后排;捆完必须乘内部排列,这是最高频漏乘点。若只捆不乘,会少算 6 倍。怎么想到:看到「必须相邻、在一起」就先捆成一个整体再排。

变式:若 2 本数学书也要相邻,则捆成两个大元素:。


例 9-4 插空法·不相邻 ​

【例题】4 名男生、2 名女生排成一排,要求 2 名女生不相邻,共有多少种排法?

【解析】

  1. 先排 4 名男生:,形成 5 个空(含两端);
  2. 2 名女生插入 5 个空,且不同空:;

答案:480 种。

【点睛】插空法口诀「先排无限制,再插限制」。空位数 = 已排元素 + 1。怎么想到:限制条件是「不相邻」,就不能让限制元素先排队,必须先排无限制元素再插空。
常用反证:总排法 ,女生相邻捆绑 ,不相邻 = ,结果一致——两种思路互验最稳。


例 9-5 插板法·相同元素分组 ​

【例题】将 10 个相同的苹果分给 3 个人,每人至少 1 个,共有多少种分法?

【解析】10 个相同苹果排成一排,有 9 个空,插 2 块板分成 3 份

答案:36 种。

【点睛】元素相同 + 每人至少 1 → 标准插板。怎么想到:分的东西完全相同、只关心每人几个,就想到插板而不是排列组合。
变式对照:

条件做法本题数据
每人至少 1
可以为 0转化:,则 ,
每人至少 2先各发 1 个,余 7 个再插板

例 9-6 概率·至少一次 ​

【例题】抛掷两枚均匀硬币,至少出现一枚正面的概率是多少?

【解析】样本点(正正、正反、反正、反反)共 4 个等可能。

答案:。

【点睛】「至少」用对立最快。若改为「独立射击,甲命中率 0.6、乙 0.5,至少一人命中」:
。独立事件相乘求「都不」。怎么想到:题干出现「至少一次/至少一个」,优先想 ,不要硬分类。

9.6 易错警示 ​

  1. 有序无序:选人排职务→排列;选人组队→组合。混淆是第一杀手。
  2. 捆绑漏内部:捆完不乘内部排列。
  3. 插空排错对象:把「不相邻的人」先排了,应先排其他元素。
  4. 插板滥用:元素不相同不能用插板;允许为 0 不可直接 。
  5. 环形与一排:圆桌 ,不是 ;手链问题还要除以 2(可翻转)。
  6. 重复计算:分类讨论时同一情形算两次,或均分组忘了除以组数阶乘。
  7. 概率分母不等可能:古典概率前提是等可能;掷两个不同骰子有序 36 种,不是 21 种。
  8. 「至少」硬分类:样本不大时可用 1−P(都不),更不易漏。

9.7 自测练习 ​

  1. 5 人中选 2 人分别担任正、副组长,共有多少种选法?
  2. 7 人站成一排,甲、乙两人必须相邻,共有多少种排法?
  3. 6 人站成一排,甲、乙两人不相邻,共有多少种排法?
  4. 把 8 个相同的球放入 3 个不同的盒子,每盒至少 1 个,有多少种放法?
  5. 4 对夫妇共 8 人围圆桌就坐,每对夫妇相邻,有多少种坐法?
  6. 从 5 男 4 女中选 4 人,至少有 1 名女生,有多少种选法?
  7. 某射手命中率 0.7,独立射击 3 次,至少命中一次的概率是多少?

参考答案

  1. 20 种(职务有序)。
  2. 捆绑: 1440 种。
  3. 总排 ,相邻 ,不相邻 480 种。
  4. 21 种。
  5. 每对夫妇内部 2 种,四对捆成 4 个大元素环排 ,共 96 种。
  6. 反面:4 人全是男 ;总 ;至少一女 121 种。
  7. 0.973。

持续学习,持续积累。