自主招生背景下的组合计数问题浅探(2)

2019-08-31 21:10

因为9×17=153<270

所以南方球队中至少有一支得分超过9分. 冠军在南方球队中

综上所述,冠军是一支南方球队

实战演练 1.(2006年江苏高考题)今有2个红球、3个黄球、4个白球,同色球不加以区分,将这9个球排成一列有 ________________ 种不同的方法(用数字作答).

解:这个问题显然是一个不尽相异元素的排列问题,第一种类型为红球,共有2个对象;第二种类型为黄球,共有3个对象;第三种类型为白球,共有4个对象,共有2.如图是某城市的道路图(线段表示道路).假定图中的每小是一样的,由A至B有多少条不同的最短路径?

解:显然,每一条最短路径中都必须包含由西向东的6南向北的5个小段,只是两类小段的顺序可以不同.我们可向的小段看成第一种类型,共有6个对象;南北方向的小段类型,共有5个对象,共有

个小段和由以将东西方看成第二种

9!2!?3!?4!?1260种不同的走法.

个方块的大

11!6!?5!?462条.

3.16名运动员,在10个班级选取,共有有多少种不同选法?

解:上述问题显然是玻瑟—爱因斯坦统计模型.依据玻瑟—爱因斯坦统计模型,将16名运动员看成相同的球,10个班级看成10个不同的盒子,问题等价于:要将16个相同的球放入10个不同的盒子,每盒所放球数不限,有多少种不同放法?

排列方法为:

(16?10?1)!16!(10?1)!?25!16!9!.

4.方程x?y?z?w?23有多少非负整数解?

解:这个问题显然也是玻瑟—爱因斯坦统计模型!可以理解为23个无区别的小球,放入4个不同的盒子里,4个盒子中所放入的球数分别视为x,y,z,w的值,共有

(23?4?1)!23!(4?1)!?26!23!3!个非负整数解.

5.在(a1?a2?????a6)的展开式中有多少类不同的项?

解:展开式中的每一项都具有a11a22???a66的形式,其中m1,m2,???,m6是非负整数,且

mmm10m1?m2?????m6?10.实际上是要寻找有多少种将10拆为非负整数m1,m2,???,m6的和的方式,这等价

于要将10个相同的球放入6个不同的盒子里,依据玻瑟—爱因斯坦统计模型,有

(10?6?1)!10!(6?1)!?15!10!5!.

1k6.计算:pn??Cn,k?1k?0解:利用基本恒等式(3):

nnqn??(?1)kk?0n1k Cnk?111kk?1Cn?Cn?1 k?1n?111nk?11kpn??Cn?C?(2n?1?1)?n?1n+1k?0n?1k?0k?111n1kkkk?1qn??(?1)Cn?(?1)C??n?1k?1n+1k?0n?1k?07.求证:Cn?2Cn?3Cn???nCn?n?2证明一:利用kCn?nCn?1

kk?1123nn?1n

?kCk?1nkn??nCk?1nk?1n?1k?101n?1n?1?n?Cn?1?n(Cn?1?Cn?1?????Cn?1)?n2k?1n

证明二:设Sn?Cn?2Cn?3Cn?????nCn

则:Sn?nCn?(n?1)Cn01nn?11?????Cn

nn123n所以2Sn?nCn?nCn?????nCn?n?2

Sn?n?2n?1

证明三:本题依旧可以寻找组合模型:左边=C1Cn?C2Cn?C3Cn???CnCn,其中CiCn可表示先从n个元素中选出i个元素,再从选出的i个元素中选取一个的组合数。

设某班有n个同学,选出若干个(至少1人)组成兴趣小组,并指定一个人为组长,把这种选取到的人数i进行分类(i=1、2、?n),则选法总数即为等式左边;

现在换一种选法,先选组长,有n种选取法,再决定余下的n-1个人是否参加,每人都有两种可能,所以组员有2n?11112131n1i种,所以选法总数共有n?21m?1n?1种。显然两种选法是一致的,故左边=右边,等式成立。

8.求证: CrCn?CrCn0m?Cr2Cnm?2???CrmCn0?Cnm?r(n,m?N?,r?m,n?m)

证明:等式的右边Cn?r表示从n+r个元素中任取m个元素的组合数,等式的左边有m+1项,故我们把n+r个元素中取出m个元素的组合分成m+1类,把n+r个元素分成两组,一组有n个元素,一组有r个元素。

第一类:r个元素中一个不取,n个元素中取m个,有CrCn

0mm第二类:r个元素中取一个,n个元素中取m-1个,有CrCn21m?1

第三类:r个元素中取二个,n个元素中取m-2个,有CrCn??

m?2第m+1类:r个元素中取m个,n个元素中取0个,有CrCn 由分类计数原理得:CrCn?CrCn0m1m?1m0?Cr2Cnm?2???CrmCn0?Cnm?r

9.(2008年上海交大):已知一个班级30个学生排列成矩阵,设学生身高互不相同,比较每一列中最矮的学生中最高的记为A 与每一行中最高的学生中最矮的记为B,试问:A会超过B的身高吗?是否可能相等?

,3行(列)10列(行),5行(列)6列?30=2?15=3?10=?5?6,所以可以有2行(列)15列(行)

(行)。 设排列为m?n,A为aij,B为apq,即A为第j列最矮的人,B为第p行最高的人。考虑C为apj,若C?AB,,

则A?C?B。若C?A或C?B,则A?B。所以A不可能超过B。可以相等。

10.(2008年上海交大):将组合问题转化为组合应用模型进行处理,这一转化避免了利用公式进行化简的过程,大大减化了计算量,具有很强的技巧性,充分展示创新思维。

世界杯预选赛中,中国、澳大利亚、卡塔尔和伊拉克被分在A组,进行主客场比赛.规定每场比赛胜者得三分,平局各得一分,败者不得分.比赛结束后前两名可以晋级. (1)由于4支队伍均为强队,每支队伍至少得3分.于是 甲专家预测:中国队至少得10分才能确保出线; 乙专家预测:中国队至少得11分才能确保出线.

问:甲、乙专家哪个说的对?为什么?

(2)若不考虑?1?中条件,中国队至少得多少分才能确保出线?

?1? ?1?乙专家

若中国队得10分,则可能出现其余三队12分、10分、10分的情况,以澳大利亚12分,,卡塔尔10分,伊拉克3分为例,得分情况如下表。中国队无法确保晋级,因此甲专家说的不对。

澳 澳 澳 中 中 卡 卡 伊 伊 总分 3 3 0 3 1 3 0 0 0 3 1 0 0 3 0 3 0 3 3 3 3 12 10 10 3 中 0 卡 0 伊 0 假设中国队得了11分而无法晋级,则必为第三名,而第一名、第二名均不少于11分,而第四名不少于3分。12场比赛四队总得分至多36分,所以前三名11分,第四名3分。而四队总分36分时不能出现一场平局,而11不是3的倍数,故出线平局,矛盾! 所以中国队得11分可以确保出线。

?2?若中国队得12分,则可能出线如表情况,仍无法确保晋级。

澳 澳 澳 中 中 卡 卡 伊 伊 总分 3 0 3 0 3 3 12 中 0 卡 0 伊 0 3 3 0 3 0 0 0 0 0 3 0 3 3 3 3 12 12 0 假设中国队得13分仍无法出线,则必为第3名,则第一名、第二名均不少于13分,总得分已经不少于39分大于36分,矛盾!

故中国队至少得13分才可以确保出线。 11.(2009年清华大学自主招生):一条跑马比赛最多只能有8匹马参加,假设同一匹马参加每一场比赛的表现都是一样的。问:可以有不多于50场比赛,完全将64匹马的实力顺序排序吗?

解析:我们可以先把64匹马分成八组,花8次比赛分别排序,花4?(4?1?1)?12次归并为4组,花14次归并为2组,花15次归并为1组,共需8+12+14+15=49场,满足要求。

12..15个人围坐一个圆桌开会,如果先生A拒绝和先生B和C相邻,那么有多少种排坐方式? 解:15人圆排列14!; A与B相邻有A与C相邻有

2?14!142?14!14?2?13!; ?2?13!; 2?13!13?2?12!;

A与BC同时相邻有

于是A不与B、C相邻的坐法共14!?2?13!?2?13!?2?12!(用到了容斥原理)


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