高二数学精品教案 排列组合应用题（选修2-3）

排列组合应用题的教学设计
解决排列组合应用题的基础是：正确应用两个计数原理，分清排列和组合的区别。
引例1 现有四个小组，第一组7人，第二组8人，第三组9人，第四组10人，他们参加旅游活动：
（1）选其中一人为负责人，共有多少种不同的选法。
　 （2）每组选一名组长，共有多少种不同的选法4
评述：本例指出正确应用两个计数原理。
引例2
（1）平面内有10个点，以其中每2个点为端点的线段共有多少条？
（2）平面内有10个点，以其中每2个点为端点的有向线段共有多少条？
评述：本例指出排列和组合的区别。
求解排列组合应用题的困难主要有三个因素的影响：
1、限制条件。2、背景变化。 3、数学认知结构
排列组合应用题可以归结为四种类型：
第一个专题  排队问题
重点解决：
1、如何确定元素和位置的关系
元素及其所占的位置，这是排列组合问题中的两个基本要素。以元素为主，分析各种可能性，称为“元素分析法”；以位置为主，分析各种可能性，称为“位置分析法”。
例：3封不同的信，有4个信箱可供投递，共有多少种投信的方法？
分析：这可以说是一道较简单的排列组合的题目了，但为什么有的同学能做出正确的答案 (种)，而有的同学则做出容易错误的答案 (种)，而他们又错在哪里呢？应该是错在“元素”与“位置”上了!
法一：元素分析法(以信为主)
第一步：投第一封信，有4种不同的投法；
第二步：接着投第二封信，亦有4种不同的投法；
第三步：最后投第三封信，仍然有4种不同的投法。
因此，投信的方法共有：(种)。
法二：位置分析法(以信箱为主)
第一类：四个信箱中的某一个信箱有3封信，有投信方法 (种)；
第二类：四个信箱中的某一个信箱有2封信，另外的某一个信箱有1封信，有投信方法  种 。
第三类：四个信箱中的某三个信箱各有1封信，有投信方法  (种)。
因此，投信的方法共有：64 (种)
  小结：以上两种方法的本质还是“信”与“信箱”的对应问题。
2、如何处理特殊条件——特殊条件优先考虑。
例：7位同学站成一排，按下列要求各有多少种不同的排法；
甲站某一固定位置；②甲站在中间，乙与甲相邻；③甲、乙相邻； ④甲、乙两人不能相邻； ⑤甲、乙、丙三人相邻；⑥甲、乙两人不站在排头和排尾；⑦甲、乙、丙三人中任何两人都不相邻；⑧甲、乙两人必须相邻，且丙不站在排头和排尾。
第二个专题  排列、组合交叉问题
重点解决：
1、先选元素，后排序。
例：3个大人和2个小孩要过河，现有3条船，分别能载3个、2个和1个人，但这5个人要一次过去，且小孩要有大人陪着，问有多少种过河的方法？
分析：设1号船载3人，2号船载2人，3号船载2人，小孩显然不能进第3号船，也不能二个同时进第2号船。
法一：从“小孩”入手。
第一类：2个小孩同时进第1号船，此时必须要有大人陪着另外
2个大人同时进第2号船或分别进第2、3号船，先选3个大人之一进1号船，
有 (种)过河方法
第二类：2个小孩分别进第1、2号船，此时第2号船上的小孩必须要有大人陪着，另外
2个大人同时进第1号船或分别进第1、3号船，有过河方法
(种)。
因此，过河的方法共有：                    (种)。
  法二：从“船”入手
第一类：第1号船空一个位，此时3条船的载人数分别为2、2、1，故2个小孩只能分
别进第1、2号船，有过河方法  (种)；
第二类：第2号船空一个位，此时3条船的载人数分别为3、1、1，故2个小孩只能同时进第1号船，有过河方法  (种)；
第三类：第3号船空一个位，此时3条船的载人数分别为3、2、0，故2个小孩同时进第1号船或分别进第1、2号船，有过河方法                              (种)。因此，过河的方法共有：                          (种)。
2、怎样界定是排列还是组合
例：①身高不等的7名同学排成一排，要求中间的高，从中间看两边，一个比一个矮，这样的排法有多少种？
②身高不等的7名同学排成一排，要求中间的高，两边次高，再两边次高，如此下去，这样的排法共有有多少种？
答：① 种    ② =8  种
本来①是组合题，与顺序无关，但有些学生不加分析，看到排队就联想排列，这是一个误区。至于②也不全是排列问题，只是人自然有高低，按人的高低顺次放两边就是了。
又例： 7名同学排成一排，甲、乙、丙这三人的顺序定，则不同排法有多少种？
分析，三人的顺序定，实质是从7个位置中选出三个位置，然后按规定的顺序放置这三人，其余4人在4个位置上全排列。故有排法 =840种。
3、枚举法
三人互相传球，由甲开始传球，并作为第一次传球，经过5次传球后，球仍回到甲手中，则不同的传球方式共有
（A）6 种  （B）8 种  （C）0 种    （D）12 种
解：（枚举法）该题新颖，要在考试短时间内迅速获得答案，考虑互传次数不多，所得选择的答案数字也不大，只要按题意一一列举即可。

第三个专题  分堆问题
重点解决：
1、均匀分堆和非均匀分堆
关于这个问题，课本P146练习10如此出现：8个篮球队有2个强队，先任意将这8各队分成两个组，（每组4个队）进行比赛，这两个强队被分成在一个小组的概率是多少？
由于课本后面出现这样的练习题，所以前面应对这些问题有所分析，尤其为什么均匀分堆有出现重复？应举例说明。
例：有六编号不同的小球，
①    分成3堆，每堆两个
②    分成3堆，一堆一个，一堆两个，一堆三个
③    分成3堆，一堆一个，一堆一个，一堆四个
在①、②、③的条件下，再分别给三个小朋友玩，每人一堆，有多少种分法？
分析：①、②、③都是分堆，其中①是三个均匀分堆，有3！重复，③是两个均匀分堆，有2！重复，如此类推。②是非均匀分堆，不可能出现重复。在教学中应用数字表示球，通过列举法说明重复的可能，以及避免重复。
例：有六编号不同的小球，
①    分成3堆，每堆两个
②    分成3堆，一堆一个，一堆两个，一堆三个
③    分成3堆，一堆一个，一堆一个，一堆四个
在①、②、③的条件下，再分别给三个小朋友玩，每人一堆，有多少种分法？
分析：①、②、③都是分堆，其中①是三个均匀分堆，有3！重复，③是两个均匀分堆，有2！重复，如此类推。②是非均匀分堆，不可能出现重复。在教学中应用数字表示球，通
过列举法说明重复的可能，以及避免重复。
答案：①           ②         ③         ④再乘以
2、为什么有重复，怎样避免重复
例：从4名男生、5名女生中任选3人参加学代会，至少男生、女生各一名的不同选法有多少种？
有些学生这样想：先从4人中选一人，再从5人中选一人，最后在剩下的7人中选一人， 结果是                 结果是错误的。因为后面的7人与前面已选的人可能出现重
复，正确的答案是                   。
又例：有4个唱歌节目，4个舞蹈节目，2个小品排成一个节目单，但舞蹈和小品要相隔，不同的编排有多少种方法？
有些学生这样想，先定位4个唱歌，有5个位插入小品两个位，此时有7个位再插入4个舞蹈，故的表达式是    。
其实，这里又出现了重复，正确的列式是
                     
第四个专题  直接法和间接法的区别及运用
重点解决：
1、选择集合的元素有交集问题；
例：七人并坐一排，要求甲不坐首位，乙不坐末位，共有几种不同的坐法？
法一：直接法
第一类：甲在第2-6号位中选一而坐，接着乙在第1-6位中余下的5个位中择一而坐，剩下的任意安排                      (种)；
第二类：甲在第7号坐，剩下的任意安排，有坐法数                 (种)。
因此，不同的坐法数共有                             (种)。
法二：间接法
七人并坐，共有坐法数    (种)。甲坐首位，有   种方法；乙坐末位，亦有  种方法。甲坐首位、乙坐末位都不符合题目要求，所以应该从扣除，但在扣除的过程中，甲坐首位且乙坐末位的情况被扣除了2次，因此还须补回一个     。因此，不同的坐法数有 （种）                                      
2、选择元素中有至少、至多等问题。
在100件产品中，有98件合格品，2件次品，从100见产品中任意抽取3件，（1）至少有一件是次品的抽法有多少种？（2）至多有一件次品的抽法有多少种？
答：（1）解法1：
解法2 ：                      
（2）
以上的处理，主要有如下几个好处：
①教学比较自然、流畅，容易对近似概念进行比较，找到其相同点和不同点，更深刻的从外延到内涵掌握概念及其数学意义。
②把相关概念弄清楚后，能给学生有足够的工具，使学生解决应用题时不在被工具而困扰，形成良好知识结构，解决问题的思路容易畅通
③重点突出，学生就比较容易把每一个难点和重点给予突破，减轻学生的负担又能实现学生的学习落到实处。
④在提高教学质量的前提下，又能提高效率。