学习目标
掌握定义、公式与定理条件;能使用原讲义中的真值表、矩阵、图表、分布和统计推断题完成练习。
组合数学的第一步不是代公式,而是先说清:对象是否按位置区分、是否允许重复、不同方案是否互斥。选对模型后,公式只是对计数过程的压缩。
掌握定义、公式与定理条件;能使用原讲义中的真值表、矩阵、图表、分布和统计推断题完成练习。
先厘清定义、条件和性质的联系。
再用题型模板、例题和练习完成方法迁移。
| 方法 | 公式 | 何时使用 |
|---|---|---|
| 加法原理 ⭐⭐⭐ | 互斥的 \(r\) 类方案总数 \(n_1+\cdots+n_r\) | 一次只能走其中一种路径,例如“选文科或理科专业”。若可同时发生,不能直接相加。 |
| 乘法原理 ⭐⭐⭐ | 连续 \(r\) 步方案数 \(n_1n_2\cdots n_r\) | 一个完整方案必须依次完成每一步,例如先选班级再选学生。 |
| 排列 ⭐⭐⭐ | \(P(n,r)=\frac{n!}{(n-r)!}\) | 从 \(n\) 个不同对象中取 \(r\) 个并排位,顺序不同算不同。 |
| 组合 ⭐⭐⭐ | \(\binom nr=\frac{n!}{r!(n-r)!}\) | 从 \(n\) 个不同对象中取 \(r\) 个,不分顺序。 |
| 重复排列 ⭐⭐ | \(n^r\) | 有 \(r\) 个位置,每一位可反复选 \(n\) 种符号。 |
| 重复组合 ⭐⭐ | \(\binom{n+r-1}{r}\) | 从 \(n\) 类对象中选 \(r\) 个,可重复且不计顺序;等价于非负整数解 \(x_1+\cdots+x_n=r\)。 |
识别:位置有先后、每位可重复,是重复排列;首位有额外限制。
计算:首位有 \(9\) 种,其余五位各有 \(10\) 种,故方案数为 \(9\cdot10^5\)。
答案:\(\boxed{900000}\)。
展开时要从 \(n\) 个因子中选 \(k\) 个因子贡献 \(b\),其余 \(n-k\) 个贡献 \(a\)。选择这 \(k\) 个位置的方式有 \(\binom nk\) 种,因此该项系数正是组合数。求某一项时,先令 \(b\) 的幂或总次数满足题意,再代入对应的 \(k\)。
思路:把 \(a=2x,b=-3,n=5\)。要留下 \(x^3\),需从五个因子中选 \(k=2\) 个取 \(-3\)。
过程:\(\binom52(2x)^3(-3)^2=10\cdot8x^3\cdot9\)。
答案:\(\boxed{720x^3}\)。
易错点:\(k\) 是取 \(b\) 的次数,不是 \(x\) 的次数。
把 \(n+1\) 个对象放入 \(n\) 个盒子,至少一盒不少于 \(2\) 个。推广为:把 \(N\) 个对象放入 \(k\) 个盒子,至少有一盒不少于 \(\left\lceil\frac Nk\right\rceil\) 个。
反向思考:若每盒至多 \(r-1\) 个,总数至多 \(k(r-1)\)。超过它,就必有一盒至少 \(r\) 个。
\(|A\cup B|=|A|+|B|-|A\cap B|\)。
\(|A\cup B\cup C|=|A|+|B|+|C|-|A\cap B|-|A\cap C|-|B\cap C|+|A\cap B\cap C|\)。
加单集时交集被重复计数,减去两两交集后三者交集又被多减一次,所以最后加回。
思路:把学生看作对象,12 个月看作盒子,使用推广鸽巢原理。
过程:\(\lceil13/12\rceil=2\)。若每月至多一人,总数最多 12,与 13 矛盾。
答案:\(\boxed{2}\) 人。
思路:两种技能可以重叠,不能直接相加;用二集合容斥。
过程:\(|E\cup J|=22+18-8=32\)。
答案:\(\boxed{32}\) 人;两种都不会的有 \(40-32=8\) 人。
易错点:交集成员在 \(22+18\) 中被数了两次,必须减一次。
递推关系把较大规模答案写成较小规模答案:例如 Fibonacci 数列 \(F_n=F_{n-1}+F_{n-2}\)。生成函数把数列 \((a_n)\) 编码为 \(A(x)=\sum_{n\ge0}a_nx^n\),常用于求递推的通项或受限计数。考题先写初值,再写递推的来源;只写递推式而忽略初值不能唯一确定数列。
原讲义中的判断方法、真值表、矩阵、图示、分布或统计计算流程均已完整保留在“核心知识点”区。
先独立作答,再核对原讲义中的关键推导、公式条件与答案。
原有折叠练习、完整解析与易错提示均保留在“核心知识点”区。
| 复习顺序 | 使用要求 | 检查项 |
|---|---|---|
| 定义与定理 | 确认适用条件 | 对象、范围、已知条件 |
| 公式与计算 | 代入前保持符号一致 | 量词、集合符号、矩阵维数或概率参数 |
| 结论 | 说明结论范围 | 结果、逻辑方向与单位 |
核心定义、公式和定理条件。
概念间的区别与方法选择依据。
原讲义中的例题、练习与综合题型。
忽略前提、符号不严谨、混淆相近概念或跳过关键步骤。