方法簡介
插空法就是對於解決 某幾個元素要求不相鄰 的問題時,先將其他元素排好,再將所指定的不相鄰的元素插入它們的間隙或兩端位置。首要特點就是不相鄰。下面舉例說明。
(1)例1:把1,2,3,4,5組成沒有重複數字且數字 1,2不相鄰的五位數,則所有不同排法有多少種?
解析:本題直接解答較為麻煩,因為可先將 3,4,5三個元素排定,共有種排法,然後再將 1,2插入四個空位共有種排法,故由乘法原理得,所有不同的五位數有種。
(2)例2:在一張節目單中原有六個節目,若保持這些節目的相對順序不變,再添加進去三個節目,則所有不同的添加方法共有多少種?
解析: -o - o - o - o - o - o - ,即六個節目算上前後共有七個空位,那么加上的第一個節目則有種方法; 此時有七個節目, 再用第二個節目去插八個空位有種方法; 此時有八個節目, 用最後一個節目去插九個空位有種方法。由乘法原理得,所有不同的添加方法為:種。
插板法
基本題型
基本題型為:n個相同元素,不同個m組,每組至少有一個元素;則只需在 n 個元素的n-1 個間隙中放置 m-1 塊隔板把它隔成 m 份,求共有多少種不同方法?
其解題思路為:將 n 個相同的元素排成一行, n 個元素之間出現了( n-1 )個空檔,現在我們用( m-1 )個 “檔板 ”插入( n-1 )個空檔中,就把 n 個元素隔成有序的 m 份,每個組依次按組序號分到對應位置的幾個元素(可能是 1 個、2 個、 3 個、 4 個、 ….),這樣不同的插入辦法就對應著 n 個相同的元素分到 m 組的一種分法,這種藉助於這樣的虛擬 “檔板 ”分配元素的方法稱之為插板法。
例題:共有 10 完全相同的球分到 7 個班裡,每個班至少要分到一個球,問有幾種不同分法?
解析:我們可以將 10 個相同的球排成一行, 10 個球之間出現了 9 個空隙,現在我們用 6 個檔板 ”插入這 9個空隙中,就 “把 10 個球隔成有序的 7 份,每個班級依次按班級序號分到對應位置的幾個球(可能是 1 個、2 個、 3 個、 4 個),這樣,藉助於虛擬 “檔板 ”就可以把 10 個球分到了 7 個班中。
基本題型的變形
(1)變形1:有 n 個相同的元素,要求分到 m 組中,問有多少種不同的分法?
解題思路:這種問題是允許有些組中分到的元素為 “0”,也就是組中可以為空的。對於這樣的題,我們就首先將每組都填上 1 個,這樣所要元素總數就 m 個,問題也就是轉變成將( n+m )個元素分到 m 組,並且每組至少分到一個的問題,也就可以用插板法來解決。
例題:有 8 個相同的球放到三個不同的盒子裡,共有( )種不同方法 。
解答:題目允許盒子有空,則需要每個組添加 1 個,則球的總數為 8+3 ×1=11,此題就有 C(10 ,2) =45(種)分法了。
(2)變形2:有 n 個相同的元素,要求分到 m 組,要求各組中分到的元素至少某個確定值 S( s>1,且每組的 s值可以不同) ,問有多少種不同的分法?
解題思路: 這種問題是要求組中分到的元素不能少某個確定值 s,各組分到的不是至少為一個了。 對於這樣的題,我們就首先將各組都填滿,即各組就填上對應的確定值 s 那么多個,這樣就滿足了題目中要求的最起碼的條件,之後我們再分剩下的球。這樣這個問題就轉變為上面提到的變形1的問題了,也就可以用插板法來解決。
例題:15 個相同的球放入編號為 1、2、 3 的盒子內,盒內球數不少於編號數,有幾種不同的放法?
解析:編號 1:至少 1 個,符合要求;
編號 2:至少 2 個:需預先添加 1 個球,則總數 -1 ;
編號 3:至少 3 個,需預先添加 2 個,才能滿足條件,後面添加一個,則總數 -2 ;
則球總數 15-1-2=12 個放進 3 個盒子裡,所以 C(11,2)=55 (種)。
捆綁法
所謂捆綁法,指在解決對於某幾個元素要求相鄰問題時,先整體考慮,將相鄰元素視作一個整體參與排序,然後再單獨考慮這個整體內部各元素間順序。注意:其首要特點是相鄰,其次捆綁法一般都套用在不同物體的排序問題中。
例題:6個不同的球放到5個不同的盒子中,要求每個盒子至少放一個球,一共有多少種方法?
解答:根據題目要求,則其中一個盒子必須得放 2 個,其他每個盒子放 1 個球,所以從 6 個球中挑出 2 個球看成一個整體,則有,這個整體和剩下 4 個球放入 5 個盒子裡,則有。方法是。
排列組合問題
排列組合問題從解法看,大致有以下幾種:
(1)有附加條件的排列組合問題,大多需要分類討論的方法,注意分類時應不重不漏;
(2)排列與組合的混合型問題,用分類加法或分步乘法計數原理解決;
(3)元素相鄰,可以看作是一個整體的方法;
(4)元素不相鄰,可以利用插空法;
(5)間接法,把不符合條件的排列與組合剔除掉;
(6)窮舉法,把不符合條件的所有排列或組合一一寫出來 。