高考数学复习分类加法计数原理与分步乘法计数原理.docx

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高考数学复习分类加法计数原理与分步乘法计数原理

高考数学

分类加法计数原理与分步乘法计数原理

【知识】

1．分类加法计数原理

完成一件事有n类不同的方案，在第一类方案中有m1种不同的方法，在第二类方案中有m2种不同的方法，……，在第n类方案中有mn种不同的方法，则完成这件事情，共有N＝m1＋m2＋…＋mn种不同的方法．

2．分步乘法计数原理

完成一件事情需要分成n个不同的步骤，完成第一步有m1种不同的方法，完成第二步有m2种不同的方法，……，完成第n步有mn种不同的方法，那么完成这件事情共有N＝m1×m2×…×mn种不同的方法．

3．分类加法计数原理与分步乘法计数原理，都涉及完成一件事情的不同方法的种数．它们的区别在于：

分类加法计数原理与分类有关，各种方法相互独立，用其中的任一种方法都可以完成这件事；分步乘法计数原理与分步有关，各个步骤相互依存，只有各个步骤都完成了，这件事才算完成．

[难点正本　疑点清源]

分类加法计数原理与分步乘法计数原理是解决排列、组合问题的基础并贯穿始终．分类加法计数原理中，完成一件事的方法属于其中一类并且只属于其中一类，简单的说分类的标准是“不重不漏，一步完成”．而分步乘法计数原理中，各个步骤相互依存，在各个步骤中任取一种方法，即是完成这件事的一种方法，简单的说步与步之间的方法“相互独立，多步完成”．

【题型】

题型一　分类加法计数原理的应用

　分类时，首先要根据问题的特点确定一个适合它的分类标准，然后在这个标准下进行分类；其次分类时要注意满足一个基本要求，就是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是不同的方法，只有满足这些条件，才可以用分类加法计数原理．

例1

　高三一班有学生50人，男生30人，女生20人；高三二班有学生60人，男生30人，女生30人；高三三班有学生55人，男生35人，女生20人．

（1）从高三一班或二班或三班中选一名学生任学生会主席，有多少种不同的选法？

（2）从高三一班、二班男生中，或从高三三班女生中选一名学生任学生会体育部长，有多少种不同的选法？

思维启迪：

用分类加法计数原理．

解　

（1）完成这件事有三类方法

第一类，从高三一班任选一名学生共有50种选法；

第二类，从高三二班任选一名学生共有60种选法；

第三类，从高三三班任选一名学生共有55种选法，

根据分类加法计数原理，任选一名学生任校学生会主席共有50＋60＋55＝165种选法．

（2）完成这件事有三类方法

第一类，从高三一班男生中任选一名共有30种选法；

第二类，从高三二班男生中任选一名共有30种选法；

第三类，从高三三班女生中任选一名共有20种选法．

综上知，共有30＋30＋20＝80种选法．

例2

　王刚同学衣服上左、右各有一个口袋，左边口袋装有30张英语单词卡片，右边口袋装有20张英语单词卡片，这些英语单词卡片都互不相同，问从两个口袋里任取一张英语单词卡片，有多少种不同的取法？

[解析]　从口袋中任取一张英语单词卡片的方法分两类：

第一类：

从左边口袋取一张英语单词卡片有30种不同的取法；

第二类：

从右边口袋取一张英语单词卡片有20种不同的取法．

根据分类加法计数原理，所以从口袋中任取一张英语单词卡片的方法种类为30＋20＝50（种）.

例3

　在所有的两位数中，个位数字大于十位数字的两位数共有多少个？

[分析]　该问题与计数有关，可考虑选用两个基本原理来计算，完成这件事，只要两位数的个位、十位确定了，这件事就算完成了，因此可考虑按十位上的数字情况或按个位上的数字情况进行分类．

[解析]　解法一：

按十位数上的数字分别是1,2,3,4,5,6,7,8的情况分为8类，在每一类中满足题目条件的两位数分别是8个，7个，6个，5个，4个，3个，2个，1个．

由分类加法计数原理知，符合题意的两位数的个数共有8＋7＋6＋5＋4＋3＋2＋1＝36（个）．

解法二：

按个位数字是2,3,4,5,6,7,8,9分成8类，在每一类中满足条件的两位数分别是1个，2个，3个，4个，5个，6个，7个，8个，所以按分类加法计数原理共有1＋2＋3＋4＋5＋6＋7＋8＝36（个）．

例4

　方程

＋

＝1表示焦点在y轴上的椭圆，其中m∈{1,2,3,4,5}，n∈{1,2,3,4,5,6,7}，那么这样的椭圆有多少个？

解　以m的值为标准分类，分为五类．

第一类：

m＝1时，使n>m，n有6种选择；

第二类：

m＝2时，使n>m，n有5种选择；

第三类：

m＝3时，使n>m，n有4种选择；

第四类：

m＝4时，使n>m，n有3种选择；

第五类：

m＝5时，使n>m，n有2种选择．

∴共有6＋5＋4＋3＋2＝20种方法，

即有20个符合题意的椭圆．

题型二　分步乘法计数原理的应用

探究提高　利用分步乘法计数原理解决问题：

①要按事件发生的过程合理分步，即分步是有先后顺序的；②各步中的方法互相依存，缺一不可，只有各个步骤都完成了才算完成这件事．

例1

　已知a∈{3,4,6}，b∈{1,2,7,8}，r∈{8,9}，则方程（x－a）2＋（y－b）2＝r2可表示不同的圆的个数有多少个？

[解析]　圆方程由三个量a，b，r确定，a，b，r分别有3种，4种，2种选法，由分步乘法计数原理，表示不同的圆的个数为3×4×2＝24（个）．

例1

　有六名同学报名参加三个智力竞赛项目，在下列情况下各有多少种不同的报名方法？

（不一定六名同学都能参加）

（1）每人恰好参加一项，每项人数不限；

（2）每项限报一人，且每人至多参加一项；

（3）每项限报一人，但每人参加的项目不限．

思维启迪：

可以根据报名过程，使用分步乘法计数原理．

解　

（1）每人都可以从这三个比赛项目中选报一项，各有3种不同选法，由分步乘法计数原理，知共有选法36＝729（种）．

（2）每项限报一人，且每人至多参加一项，因此可由项目选人，第一个项目有6种选法，第二个项目有5种选法，第三个项目只有4种选法，由分步乘法计数原理，得共有报名方法6×5×4＝120（种）．

（3）由于每人参加的项目不限，因此每一个项目都可以从这六人中选出一人参赛，由分步乘法计数原理，得共有不同的报名方法63＝216（种）．

例1

　已知集合M＝{－3，－2，－1,0,1,2}，若a，b，c∈M，则：

（1）y＝ax2＋bx＋c可以表示多少个不同的二次函数；

（2）y＝ax2＋bx＋c可以表示多少个图像开口向上的二次函数．

解　

（1）a的取值有5种情况，b的取值有6种情况，c的取值有6种情况，因此y＝ax2＋bx＋c可以表示5×6×6＝180（个）不同的二次函数．

（2）y＝ax2＋bx＋c图像的开口向上时，a的取值有2种情况，b、c的取值均有6种情况，因此y＝ax2＋bx＋c可以表示2×6×6＝72（个）图像开口向上的二次函数．

例1

（1）有5本书全部借给3名学生，有多少种不同的借法？

（2）有3名学生分配到某工厂的5个车间去参加社会实践，则有多少种不同分配方案？

[解析]　

（1）中要完成的事件是把5本书全部借给3名学生，可分5个步骤完成，每一步把一本书借出去，有3种不同的方法，根据分步乘法计数原理，共有N＝3×3×3×3×3＝35＝243（种）不同的借法．

（2）中要完成的事件是把3名学生分配到5个车间中，可分3个步骤完成，每一步分配一名学生，有5种不同的方法，根据分步乘法计数原理，共有N＝5×5×5＝53＝125（种）不同的分配方案.

题型三　两个原理的综合应用

例1

　一个三层书架的上层放有5本不同的数学书，中层放有3本不同的语文书，下层放有2本不同的英语书

（1）从书架上任取一本书，有多少种不同的取法？

（2）从书架上任取三本书，其中数学书、语文书、英语书各一本，有多少种不同的取法？

[解析]　

（1）从书架上任取一本书，有三类方法：

第一类方法：

从书架上层任取一本数学书，有5种不同的方法；

第二类方法：

从书架中层任取一本语文书，有3种不同的方法；

第三类方法：

从书架下层任取一本英语书，有2种不同的方法．

只要在书架上任意取出一本书，任务即完成，由分类加法计数原理知，不同的取法共有N＝5＋3＋2＝10（种）．

（2）从书架上任取三本书，其中数学书、语文书、英语书各一本，可以分成三个步骤完成：

第一步：

从书架上层取一本数学书，有5种不同的方法；

第二步：

从书架中层取一本语文书，有3种不同的方法；

第三步：

从书架下层取一本英语书，有2种不同的方法．

由分步乘法计数原理知，不同的取法共有N＝5×3×2＝30（种）．

所以从书架上任取三本书，其中数学书、语文书、英语书各一本，共有30种不同的取法．

例1

　一个科技小组中有4名女同学，5名男同学，从中任选一名同学参加学科竞赛，共有不同的选派方法________种；若从中任选一名女同学和一名男同学参加学科竞赛，共有不同的选派方法________种．

[答案]　9　20

[解析]　由分类加法计数原理得从中任选一名同学参加学科竞赛共5＋4＝9种，由分步乘法计数原理得从中任选一名女同学和一名男同学参加学科竞赛共5×4＝20种．

例1

　现有5幅不同的国画，2幅不同的油画，7幅不同的水彩画．

（1）从中任选一幅画布置房间，有几种不同的选法？

（2）从这些国画、油画、水彩画中各选一幅布置房间，有几种不同的选法？

（3）从这些画中选出两幅不同种类的画布置房间，有几种不同的选法？

[解析]　

（1）分为三类：

从国画中选，有5种不同的选法；从油画中选，有2种不同的选法；从水彩画中选，有7种不同的选法．根据分类加法计数原理共有5＋2＋7＝14种不同的选法．

（2）分为三步：

国画、油画、水彩画各有5种、2种、7种不同的选法，根据分步乘法计数原理，共有5×2×7＝70种不同的选法．

（3）分为三类：

第一类是一幅选自国画，一幅选自油画，由分步乘法计数原理知，有5×2＝10种不同的选法．第二类是一幅选自国画，一幅选自水彩画，有5×7＝35种不同的选法．第三类是一幅选自油画，一幅选自水彩画，有2×7＝14种不同的选法，所以有10＋35＋14＝59种不同的选法．

例1

　有三只口袋装小球，一只装有5个白色小球，一只装有6个黑色小球，一只装有7个红色小球，若每次从中取两个不同颜色的小球，共有多少种不同的取法？

[解析]　分为三类：

一类是取白球、黑球，有5×6＝30种取法；一类是取白球、红球，有5×7＝35种取法；一类是取黑球、红球，有6×7＝42种取法．∴共有取法：

30＋35＋42＝107（种）．

例1

　如图所示，将一个四棱锥的每一个顶点染上一种颜色，并使同一条棱上的两端异色，如果只有5种颜色可供使用，求不同的染色方法总数．

思维启迪：

染色问题是常见的计数应用问题，可从选颜色、选顶点进行分类、分步，从不同角度解决问题．

解　方法一　可分为两大步进行，先将四棱锥一侧面三顶点染色，然后再分类考虑另外两顶点的染色数，用分步乘法计数原理即可得出结论．由题设，四棱锥S—ABCD的顶点S、A、B所染的颜色互不相同，它们共有5×4×3＝60（种）染色方法．

当S、A、B染好时，不妨设其颜色分别为1、2、3，若C染2，则D可染3或4或5，有3种染法；若C染4，则D可染3或5，有2种染法；若C染5，则D可染3或4，有2种染法．可见，当S、A、B已染好时，C、D还有7种染法，故不同的染色方法有60×7＝420（种）．

方法二　以S、A、B、C、D顺序分步染色．

第一步，S点染色，有5种方法；

第二步，A点染色，与S在同一条棱上，有4种方法；

第三步，B点染色，与S、A分别在同一条棱上，有3种方法；

第四步，C点染色，也有3种方法，但考虑到D点与S、A、C相邻，需要针对A与C是否同色进行分类，当A与C