信息学竞赛中问题求解题常见考查题型分析(4)

2019-06-05 00:09

解排列组合问题,首先要弄清一件事是“分类”还是“分步”完成,对于元素之间的关系,还要考虑“是有序”的还是“无序的”,也就是会正确使用分类计数原理和分步计数原理、排列定义和组合定义,其次,对一些复杂的带有附加条件的问题,需掌握以下几种常用的解题方法:

三、讲解范例:

一、相临问题——整体捆绑法

例1.7名学生站成一排,甲、乙必须站在一起有多少不同排法?

解:两个元素排在一起的问题可用“捆绑”法解决,先将甲乙二人看作一个元素与其他五人进行排列,并考虑甲乙二人的顺序,所以共有 种。 捆绑法:要求某几个元素必须排在一起的问题,可以用捆绑法来解决问题.即将需要相邻的元素合并为一个元素,再与其它元素一起作排列,同时要注意合并元素内部也可以作排列.一般地: 个人站成一排,其中某 个人相邻,可用“捆绑”法解决,共有 种排法。

练习:5个男生3个女生排成一排,3个女生要排在一起,有多少种不同的排法? 分析 此题涉及到的是排队问题,对于女生有特殊的限制,因此,女生是特殊元素,并且要求她们要相邻,因此可以将她们看成是一个元素来解决问题.

解 因为女生要排在一起,所以可以将3个女生看成是一个人,与5个男生作全

63PP排列,有 6 种排法,其中女生内部也有3 种排法,根据乘法原理,共有

P66P33 种不同的排法.

二、不相临问题——选空插入法

例2. 7名学生站成一排,甲乙互不相邻有多少不同排法?

解:甲、乙二人不相邻的排法一般应用“插空”法,所以甲、乙二人不相邻的排法总数应为: 种 .

插入法:对于某两个元素或者几个元素要求不相邻的问题,可以用插入法.即先排好没有限制条件的元素,然后将有限制条件的元素按要求插入排好元素的空档之中即可.若 个人站成一排,其中 个人不相邻,可用“插空”法解决,共有 种排法。

练习: 学校组织老师学生一起看电影,同一排电影票12张。8个学生,4个老师,要求老师在学生中间,且老师互不相邻,共有多少种不同的坐法?

分析 此题涉及到的是不相邻问题,并且是对老师有特殊的要求,因此老师是特殊元素,在解决时就要特殊对待.所涉及问题是排列问题.

8P8解 先排学生共有种排法,然后把老师插入学生之间的空档,共有7个空档可

4P7插,选其中的4个空档,共有 种选法.根据乘法原理,共有的不同坐法为

P88P74种.

三、复杂问题——总体排除法或排异法 有些问题直接法考虑比较难比较复杂,或分类不清或多种时,而它的反面往往比较简捷,可考虑用“排除法”,先求出它的反面,再从整体中排除.解决几何问题必须注意几何图形本身对其构成元素的限制。

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例3.正六边形的中心和顶点共7个点,以其中3个点为顶点的三角形共有 个.

解:从7个点中取3个点的取法有

种,但其中正六边形的对角线所含的中

心和顶点三点共线不能组成三角形,有3条,所以满足条件的三角形共有 -3=32个.

练习: 我们班里有43位同学,从中任抽5人,正、副班长、团支部书记至少有一人在内的抽法有多少种?

分析 此题若是直接去考虑的话,就要将问题分成好几种情况,这样解题的话,容易造成各种情况遗漏或者重复的情况.而如果从此问题相反的方面去考虑的话,不但容易理解,而且在计算中也是非常的简便.这样就可以简化计算过程.

5C43解 43人中任抽5人的方法有 种,正副班长,团支部书记都不在内的抽法有

555C40C?C4340 种,所以正副班长,团支部书记至少有1人在内的抽法有 种.

四、特殊元素——优先考虑法

对于含有限定条件的排列组合应用题,可以考虑优先安排特殊位置,然后再考虑其他位置的安排。

例4. 1名老师和4名获奖学生排成一排照像留念,若老师不排在两端,则共有不同的排法 种.

解:先考虑特殊元素(老师)的排法,因老师不排在两端,故可在中间三个位置上任选一个位置,有 种,而其余学生的排法有 种,所以共有 =72种不同的排法.

例5.乒乓球队的10名队员中有3名主力队员,派5名队员参加比赛,3名主力队员要安排在第一、三、五位置,其余7名队员选2名安排在第二、四位置,那么不同的出场安排共有 种.

解:由于第一、三、五位置特殊,只能安排主力队员,有 名队员选出2名安排在第二、四位置,有

种排法,而其余7

种排法,所以不同的出场安排共

有 =252种.

五、多元问题——分类讨论法

对于元素多,选取情况多,可按要求进行分类讨论,最后总计。

例6.某班新年联欢会原定的5个节目已排成节目单,开演前又增加了两个新节目.如果将这两个节目插入原节目单中,那么不同插法的种数为(A ) A.42 B.30 C.20 D.12

解:增加的两个新节目,可分为相临与不相临两种情况:1.不相临:共有A62种;2.相临:共有A22A61种。故不同插法的种数为:A62 +A22A61=42 ,故选A。 六、混合问题——先选后排法

对于排列组合的混合应用题,可采取先选取元素,后进行排列的策略. 例7. 12名同学分别到三个不同的路口进行车流量的调查,若每个路口4人,则不同的分配方案共有( )

A.

种 B.

种 C.

种 D.

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解:本试题属于均分组问题。 则12名同学均分成3组共有 种方法,分

配到三个不同的路口的不同的分配方案共有: 种,故选A。

例8.从黄瓜、白菜、油菜、扁豆4种蔬菜品种中选出3种,分别种在不同土质的三块土地上,其中黄瓜必须种植,不同的种植方法共有( )

A.24种 B.18种 C.12种 D.6种 解:先选后排,分步实施. 由题意,不同的选法有: C32种,不同的排法有: A31·A22,故不同的种植方法共有A31·C32·A22=12,故应选C. 七.相同元素分配——档板分隔法

例9.把10本相同的书发给编号为1、2、3的三个学生阅览室,每个阅览室分得的书的本数不小于其编号数,试求不同分法的种数。请用尽可能多的方法求解,并思考这些方法是否适合更一般的情况?本题考查组合问题。

解:先让2、3号阅览室依次分得1本书、2本书;再对余下的7本书进行分配,保证每个阅览室至少得一本书,这相当于在7本相同书之间的6个“空档”内插入两个相同“I”(一般可视为“隔板”)共有 种插法,即有15种分法。 八.转化法:

对于某些较复杂的、或较抽象的排列组合问题,可以利用转化思想,将其化归为简单的、具体的问题来求解.

例10 高二年级8个班,组织一个12个人的年级学生分会,每班要求至少1人,名额分配方案有多少种?

分析 此题若直接去考虑的话,就会比较复杂.但如果我们将其转换为等价的其他问题,就会显得比较清楚,方法简单,结果容易理解.

解: 此题可以转化为:将12个相同的白球分成8份,有多少种不同的分法问题,因此须把这12个白球排成一排,在11个空档中放上7个相同的黑球,每个空档最

7多放一个,即可将白球分成8份,显然有 C11 种不同的放法,所以名额分配方案有 C11 种.

总之,排列、组合应用题的解题思路可总结为:排组分清,加乘明确;有序排列,无序组合;分类为加,分步为乘。

具体说,解排列组合的应用题,通常有以下途径:

(1)以元素为主体,即先满足特殊元素的要求,再考虑其他元素。 (2)以位置为主体,即先满足特殊位置的要求,再考虑其他位置。

(3)先不考虑附加条件,计算出排列或组合数,再减去不合要求的排列组合数。

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六、逻辑推理问题

通常把只涉及一些相互关联(或依存)条件或关系,极少给出(不直接赋与)数量关系与几何图形的一类非标准(常规)数学问题叫逻辑推理问题,处理这类问题,要从一些关联的条件出发,应用某些数学知识,甚至日常生活常识,依据一定的思维规律(机智灵活、准确敏捷的思考),通过分析、推理、排除不可能情况(剔除不合理成分),然后作出正确的判断。

逻辑推理问题中常用到以下三条逻辑基本规律:

(1)同一律:是指同一东西(对象)。它是什么就是什么,不能模棱两可,亦此亦彼;

(2)矛盾律:是指互相对立(矛盾)的事不能都真,二者必有一假(即同一思想不能既真又假);

(3)排中律:是指两个不相容的判断不能都假,二者必有一真(即任何判断或同一思想不能既不真也不假)。

逻辑推理问题条件扑朔迷离,层次重叠纷纭,没有一定的定理可以依据,无现成公式可用,无模式可循,靠的是逻辑推理。可画框图、紧抓关系、细抠条件,寻找突破口,穷追到底,层层进逼,以求找到答案。

本文结合一些赛题,谈谈处理逻辑推理问题的一些主要方法。 一、利用逻辑原理,直接推理

对于一些简单的逻辑推理问题,往往只需以似真推理为主,直接通过分析就可以得出正确的结果。用这种方法解决“真假话”问题尤为有效。

住在某个旅馆的同一房间的四个人A、B、C、D正在听一组流行音乐,她们当中有一个人在修指甲,一个人在写信,一个人躺在床上,另一个人在看书。

1.A不在修指甲,也不在看书; 2.B不躺在床上,也不在修指甲;

3.如果A不躺在床上,那么D不在修指甲; 4.C既不在看书,也不在修指甲; 5.D不在看书,也不躺在床上。 她们各自在做什么呢?

由1、2、4、5知,既不是A、B在修指甲,也不是C在修指甲,因此修指甲的应该是D;但这与3的结论相矛盾,所以3的前提肯定不成立,即A应该是躺在床上;在4中C既不看书又不修指甲,由前面分析,C又不可能躺在床上,所以C是在写信;而B则是在看书。

二、利用表格辅助推理

某些逻辑推理问题中,有时会涉及很多对象,每个对象又有几种不同情况,同时还给出不同对象之间不同情况的判断,要求推出确定的结论。对于这类问题,通常可以利用表格把本来凌乱的信息集中整理出来,方便推理。

甲、乙、丙、丁、戊五名同学参加推铅球比赛,通过抽签决定出赛顺序,在

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未公布顺序之前每人都对出赛顺序进行了猜测。甲猜:乙第三,丙第五;乙猜:戊第四,丁第五;丙猜:甲第一,戊第四;丁猜:丙第一,乙第二;戊猜:甲第三,丁第四。老师说每人的出赛顺序都至少被一人所猜中。第一、第三、第五分别是哪位同学?

解:本题相互关系过于复杂,不便分析和推断,不妨由已知条件列表如下: 由于每人的出赛顺序至少被一人所猜中,所以戊第四,丁第五,丙第一,甲第三,乙第二;出赛的顺序:丙乙甲戊丁

例5. 某校举办作文比赛,A、B、C、D四位同学参加比赛,其中只有一位同学获奖。老师为了解比赛情况,分别向选手询问,回答如下:

A:我获了奖; B:我没有获奖,C也没有获奖 C:是A获奖或B获奖 D:是B获奖

事后证实,有两人的话符合事实,哪位同学获了奖?

解:“某人获奖”就将此人记为“1”,否则为“0”。根据四个人的话可得下表。

由表可知,若是A获奖,则有3人说的话符合事实,只有B获奖时,有两人的话符合事实。

三、利用计算辅助推理

某些逻辑推理问题常常有几个未知量同时存在,或答案有多种可能性,解题时需要充分利用已知条件进行计算,并通过对计算结果的分析,推理得出正确的结论。

例5 学校进行了一次考试,考试的科目是语文、历史、数学、物理和英语,每科满分为5分,其余等级依次是4、3、2、1分。今已知按总分由多到少排列着五名学生,A、B、C、D、E满足下列条件:

(1)在同一科目中以及在总分数中没有得同样分数的人; (2)A的总分是24分;

(3)C有四门得了相同的分数;

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