2022年高中數(shù)學(xué) 排列教案 新人教A版選修2-3

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1、2022年高中數(shù)學(xué) 排列教案 新人教A版選修2-3 【教學(xué)目的】理解排列、排列數(shù)的概念,了解排列數(shù)公式的推導(dǎo);能用“樹型圖”寫出一個(gè)排列中所有的排列;能用排列數(shù)公式計(jì)算。 【教學(xué)重點(diǎn)】排列、排列數(shù)的概念。 【教學(xué)難點(diǎn)】排列數(shù)公式的推導(dǎo) 一、問題情景 〖問題1〗從甲、乙、丙3名同學(xué)中選取2名同學(xué)參加某一天的一項(xiàng)活動(dòng),其中一名同學(xué)參加上午的活動(dòng),一名同學(xué)參加下午的活動(dòng),有多少種不同的方法? 分析:這個(gè)問題就是從甲、乙、丙3名同學(xué)中每次選取2名同學(xué),按照參加上午的活動(dòng)在前,參加下午活動(dòng)在后的順序排列,一共有多少種不同的排法的問題,共有6種不同的排法:甲乙 甲丙 乙甲 乙丙 丙

2、甲 丙乙,其中被取的對(duì)象叫做元素。 〖問題2〗.從這四個(gè)字母中,每次取出3個(gè)按順序排成一列,共有多少種不同的排法? 分析:解決這個(gè)問題分三個(gè)步驟:第一步先確定左邊的字母,在4個(gè)字母中任取1個(gè),有4種方法;第二步確定中間的字母,從余下的3個(gè)字母中取,有3種方法;第三步確定右邊的字母,從余下的2個(gè)字母中取,有2種方法 由分步計(jì)數(shù)原理共有:4×3×2=24種不同的方法,用樹型圖排出,并寫出所有的排列由此可寫出所有的排法 二、數(shù)學(xué)構(gòu)建 1.排列的概念:從個(gè)不同元素中,任?。ǎ﹤€(gè)元素(這里的被取元素各不相同)按照一定的順序排成一列,叫做從個(gè)不同元素中取出個(gè)元素的一個(gè)排列。 說明:(1)

3、排列的定義包括兩個(gè)方面:①取出元素,②按一定的順序排列; (2)兩個(gè)排列相同的條件:①元素完全相同,②元素的排列順序也相同 2.排列數(shù)的定義:從個(gè)不同元素中,任?。ǎ﹤€(gè)元素的所有排列的個(gè)數(shù)叫做從個(gè)元素中取出元素的排列數(shù),用符號(hào)表示 注意區(qū)別排列和排列數(shù)的不同:“一個(gè)排列”是指:從個(gè)不同元素中,任取個(gè)元素按照一定的順序排成一列,不是數(shù);“排列數(shù)”是指從個(gè)不同元素中,任?。ǎ﹤€(gè)元素的所有排列的個(gè)數(shù),是一個(gè)數(shù)所以符號(hào)只表示排列數(shù),而不表示具體的排列。 3.排列數(shù)公式及其推導(dǎo):由的意義:假定有排好順序的2個(gè)空位,從個(gè)元素中任取2個(gè)元素去填空,一個(gè)空位填一個(gè)元素,每一種填法就得到一個(gè)排

4、列,反過來,任一個(gè)排列總可以由這樣的一種填法得到,因此,所有不同的填法的種數(shù)就是排列數(shù).由分步計(jì)數(shù)原理完成上述填空共有種填法,∴= 由此,求可以按依次填3個(gè)空位來考慮,∴=, 求以按依次填個(gè)空位來考慮,得排列數(shù)公式如下: () 說明: (1)公式特征:第一個(gè)因數(shù)是,后面每一個(gè)因數(shù)比它前面一個(gè)少1,最后一個(gè)因數(shù)是,共有個(gè)因數(shù); (2)全排列:當(dāng)時(shí)即個(gè)不同元素全部取出的一個(gè)排列。全排列數(shù)公式如下: (叫做n的階乘) 4.階乘的概念:個(gè)不同元素全部取出的一個(gè)排列,叫做個(gè)不同元素的一個(gè)全排列,這時(shí);把正整數(shù)1到的連乘積,叫做的階乘表示: , 即規(guī)定. 5.排列數(shù)的另一個(gè)計(jì)算公式:

5、 即 =。 三、知識(shí)運(yùn)用 【例1】計(jì)算:(1); (2); (3). 解:(1) ==3360 ;(2) ==720 ;(3)==360。 【例2】(1)若,則 , . (2)若則用排列數(shù)符號(hào)表示為 . 解:(1)17,14 . (2)若則= . 【例3】(1)從這五個(gè)數(shù)字中,任取2個(gè)數(shù)字組成分?jǐn)?shù),不同值的分?jǐn)?shù)共有多少個(gè)?(2)5人站成一排照相,共有多少種不同的站法?(3)某年全國(guó)足球甲級(jí)(A組)聯(lián)賽共有14隊(duì)參加,每隊(duì)都要與其余各隊(duì)在主客場(chǎng)分別比賽1次,共進(jìn)行多少場(chǎng)比賽? 解:(1);(2);(3) 【例4】計(jì)算:

6、①;② . 解:①原式 =; ②原式. 【例5】解方程:3. 解:由排列數(shù)公式得:, ∵,∴ ,即, 解得 或,∵,且,∴原方程的解為. 【例6】解不等式:. 解:原不等式即, 也就是,化簡(jiǎn)得:, 解得或,又∵,且, 所以,原不等式的解集為. 【例7】求證:(1);(2). 證明:(1),∴原式成立 (2) 右邊 ∴原式成立 說明: (1)解含排列數(shù)的方程和不等式時(shí)要注意排列數(shù)中,且這些限制條件,要注意含排列數(shù)的方程和不等式中未知數(shù)的取值范圍; (2)公式常用來求值,特別是均為已知時(shí),公式=,常用來證明或化簡(jiǎn)。 【例8】化簡(jiǎn):⑴;⑵。 解:⑴

7、原式 ⑵提示:由,得, 原式。 說明: . 【例9】(1)有5本不同的書,從中選3本送給3名同學(xué),每人各1本,共有多少種不同的送法? (2)有5種不同的書,要買3本送給3名同學(xué),每人各1本,共有多少種不同的送法? 解:(1)從5本不同的書中選出3本分別送給3名同學(xué),對(duì)應(yīng)于從5個(gè)元素中任取3個(gè)元素的一個(gè)排列,因此不同送法的種數(shù)是:,所以,共有60種不同的送法 (2)由于有5種不同的書,送給每個(gè)同學(xué)的1本書都有5種不同的選購(gòu)方法,因此送給3名同學(xué),每人各1本書的不同方法種數(shù)是:,所以,共有125種不同的送法 說明:本題兩小題的區(qū)別在于:第(1)小題是從5本不同的書中選出3本分送給

8、3位同學(xué),各人得到的書不同,屬于求排列數(shù)問題;而第(2)小題中,給每人的書均可以從5種不同的書中任選1種,各人得到那種書相互之間沒有聯(lián)系,要用分步計(jì)數(shù)原理進(jìn)行計(jì)算 【例10】某信號(hào)兵用紅、黃、藍(lán)3面旗從上到下掛在豎直的旗桿上表示信號(hào),每次可以任意掛1面、2面或3面,并且不同的順序表示不同的信號(hào),一共可以表示多少種不同的信號(hào)? 解:分3類:第一類用1面旗表示的信號(hào)有種; 第二類用2面旗表示的信號(hào)有種; 第三類用3面旗表示的信號(hào)有種, 由分類計(jì)數(shù)原理,所求的信號(hào)種數(shù)是:, 答:一共可以表示15種不同的信號(hào) 例3.將位司機(jī)、位售票員分配到四輛不同班次的公共汽車上,每一輛汽車分別有一位司

9、機(jī)和一位售票員,共有多少種不同的分配方案? 分析:解決這個(gè)問題可以分為兩步,第一步:把位司機(jī)分配到四輛不同班次的公共汽車上,即從個(gè)不同元素中取出個(gè)元素排成一列,有種方法; 第二步:把位售票員分配到四輛不同班次的公共汽車上,也有種方法, 利用分步計(jì)數(shù)原理即得分配方案的種數(shù) 解:由分步計(jì)數(shù)原理,分配方案共有(種) 答:共有576種不同的分配方案 【例11】用0到9這10個(gè)數(shù)字,可以組成多少個(gè)沒有重復(fù)數(shù)字的三位數(shù)? 解法1:用分步計(jì)數(shù)原理: 所求的三位數(shù)的個(gè)數(shù)是: 解法2:符合條件的三位數(shù)可以分成三類:每一位數(shù)字都不是0的三位數(shù)有個(gè),個(gè)位數(shù)字是0的三位數(shù)有個(gè),十位數(shù)字是0的三位數(shù)有

10、個(gè), 由分類計(jì)數(shù)原理,符合條件的三位數(shù)的個(gè)數(shù)是:. 解法3:從0到9這10個(gè)數(shù)字中任取3個(gè)數(shù)字的排列數(shù)為,其中以0為排頭的排列數(shù)為,因此符合條件的三位數(shù)的個(gè)數(shù)是-. 說明:解決排列應(yīng)用題,常用的思考方法有直接法和間接法直接法:通過對(duì)問題進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆诸惡头植?,直接?jì)算符合條件的排列數(shù)如解法1,2;間接法:對(duì)于有限制條件的排列應(yīng)用題,可先不考慮限制條件,把所有情況的種數(shù)求出來,然后再減去不符合限制條件的情況種數(shù)如解法3.對(duì)于有限制條件的排列應(yīng)用題,要恰當(dāng)?shù)卮_定分類與分步的標(biāo)準(zhǔn),防止重復(fù)與遺漏 【例12】(1)7位同學(xué)站成一排,共有多少種不同的排法? 解:?jiǎn)栴}可以看作:7個(gè)元素的全排列=5

11、040. (2)7位同學(xué)站成兩排(前3后4),共有多少種不同的排法? 解:根據(jù)分步計(jì)數(shù)原理:7×6×5×4×3×2×1=7?。?040. (3)7位同學(xué)站成一排,其中甲站在中間的位置,共有多少種不同的排法? 解:?jiǎn)栴}可以看作:余下的6個(gè)元素的全排列——=720. (4)7位同學(xué)站成一排,甲、乙只能站在兩端的排法共有多少種? 解:根據(jù)分步計(jì)數(shù)原理:第一步 甲、乙站在兩端有種; 第二步 余下的5名同學(xué)進(jìn)行全排列有種,所以,共有=240種排列方法 (5)7位同學(xué)站成一排,甲、乙不能站在排頭和排尾的排法共有多少種? 解法1(直接法):第一步從(除去甲、乙)其余的5位同學(xué)中選2位同學(xué)站

12、在排頭和排尾有種方法;第二步從余下的5位同學(xué)中選5位進(jìn)行排列(全排列)有種方法,所以一共有=2400種排列方法 解法2:(排除法)若甲站在排頭有種方法;若乙站在排尾有種方法;若甲站在排頭且乙站在排尾則有種方法,所以,甲不能站在排頭,乙不能排在排尾的排法共有-+=2400種. 說明:對(duì)于“在”與“不在”的問題,常常使用“直接法”或“排除法”,對(duì)某些特殊元素可以優(yōu)先考慮 【例13】從10個(gè)不同的文藝節(jié)目中選6個(gè)編成一個(gè)節(jié)目單,如果某女演員的獨(dú)唱節(jié)目一定不能排在第二個(gè)節(jié)目的位置上,則共有多少種不同的排法? 解法一:(從特殊位置考慮); 解法二:(從特殊元素考慮)若選:;若不選:, 則共有

13、種; 解法三:(間接法) 【例14】 7位同學(xué)站成一排, (1)甲、乙兩同學(xué)必須相鄰的排法共有多少種? 解:先將甲、乙兩位同學(xué)“捆綁”在一起看成一個(gè)元素與其余的5個(gè)元素(同學(xué))一起進(jìn)行全排列有種方法;再將甲、乙兩個(gè)同學(xué)“松綁”進(jìn)行排列有種方法.所以這樣的排法一共有種 (2)甲、乙和丙三個(gè)同學(xué)都相鄰的排法共有多少種? 解:方法同上,一共有=720種 (3)甲、乙兩同學(xué)必須相鄰,而且丙不能站在排頭和排尾的排法有多少種? 解法一:將甲、乙兩同學(xué)“捆綁”在一起看成一個(gè)元素,此時(shí)一共有6個(gè)元素,因?yàn)楸荒苷驹谂蓬^和排尾,所以可以從其余的5個(gè)元素中選取2個(gè)元素放在排頭和排尾,有種方法;將剩

14、下的4個(gè)元素進(jìn)行全排列有種方法;最后將甲、乙兩個(gè)同學(xué)“松綁”進(jìn)行排列有種方法.所以這樣的排法一共有=960種方法 解法二:將甲、乙兩同學(xué)“捆綁”在一起看成一個(gè)元素,此時(shí)一共有6個(gè)元素,若丙站在排頭或排尾有2種方法, 所以,丙不能站在排頭和排尾的排法有種方法 解法三:將甲、乙兩同學(xué)“捆綁”在一起看成一個(gè)元素,此時(shí)一共有6個(gè)元素,因?yàn)楸荒苷驹谂蓬^和排尾,所以可以從其余的四個(gè)位置選擇共有種方法,再將其余的5個(gè)元素進(jìn)行全排列共有種方法,最后將甲、乙兩同學(xué)“松綁”,所以,這樣的排法一共有=960種方法. (4)甲、乙、丙三個(gè)同學(xué)必須站在一起,另外四個(gè)人也必須站在一起 解:將甲、乙、丙三個(gè)同學(xué)

15、“捆綁”在一起看成一個(gè)元素,另外四個(gè)人“捆綁”在一起看成一個(gè)元素,時(shí)一共有2個(gè)元素,∴一共有排法種數(shù):(種) 說明:對(duì)于相鄰問題,常用“捆綁法”(先捆后松). 【例15】位同學(xué)站成一排, (1)甲、乙兩同學(xué)不能相鄰的排法共有多少種? 解法一:(排除法); 解法二:(插空法)先將其余五個(gè)同學(xué)排好有種方法,此時(shí)他們留下六個(gè)位置(就稱為“空”吧),再將甲、乙同學(xué)分別插入這六個(gè)位置(空)有種方法,所以一共有種方法. (2)甲、乙和丙三個(gè)同學(xué)都不能相鄰的排法共有多少種? 解:先將其余四個(gè)同學(xué)排好有種方法,此時(shí)他們留下五個(gè)“空”,再將甲、乙和丙三個(gè)同學(xué)分別插入這五個(gè)“空”有種方法,所以一共有

16、=1440種. 說明:對(duì)于不相鄰問題,常用“插空法”(特殊元素后考慮). 【例16】5男5女排成一排,按下列要求各有多少種排法:(1)男女相間;(2)女生按指定順序排列。 解:(1)先將男生排好,有種排法;再將5名女生插在男生之間的6個(gè)“空擋”(包括兩端)中,有種排法。 故本題的排法有(種); (2)方法1:; 方法2:設(shè)想有10個(gè)位置,先將男生排在其中的任意5個(gè)位置上,有種排法;余下的5個(gè)位置排女生,因?yàn)榕奈恢靡呀?jīng)指定,所以她們只有一種排法。 故本題的結(jié)論為(種) 四、課堂練習(xí) (一) 1.四支足球隊(duì)爭(zhēng)奪冠、亞軍,不同的結(jié)果有() .種 .

17、10種 .12種 .16種 2.信號(hào)兵用3種不同顏色的旗子各一面,每次打出3面,最多能打出不同的信號(hào)有( ) .3種 .6種 .1種 .27種 3.且則用排列數(shù)符號(hào)表示為( ) . . . . 4.5人站成一排照相,甲不站在排頭的排法有( ) .24種 .72種 .96種 .120種 5.給出下列問題: ①有10個(gè)車站,共需要準(zhǔn)備多少種車票? ②有10個(gè)車站,共有多少中不同的票價(jià)?

18、③平面內(nèi)有10個(gè)點(diǎn),共可作出多少條不同的有向線段? ④有10個(gè)同學(xué),假期約定每?jī)扇送娫捯淮?,共需通話多少次? ⑤從10個(gè)同學(xué)中選出2名分別參加數(shù)學(xué)和物理競(jìng)賽,有多少中選派方法? 以上問題中,屬于排列問題的是 (填寫問題的編號(hào)) 6.若 ,,則以為坐標(biāo)的點(diǎn)共有 個(gè) 7.從參加乒乓球團(tuán)體比賽的5名運(yùn)動(dòng)員中選出3名進(jìn)行某場(chǎng)比賽,并排定他們的出場(chǎng)順序,有多少種不同的方法? 8.從4種蔬菜品種中選出3種,分別種植在不同土質(zhì)的3塊土地上進(jìn)行試驗(yàn),有多少中不同的種植方法? 9.計(jì)算:(1) (2) 10.分別寫出從這4個(gè)字母里每次取出兩個(gè)字母的所有排列;

19、 11.寫出從這六個(gè)元素中每次取出3個(gè)元素且必須含有元素的所有排列 答案:1. C 2. B 3. C 4. B 5. ①③⑤ 6. 63 7. 60 8. 24 9. ⑴348;⑵64 10.共有個(gè):ab, ac, ad, ba, bc, bd, ca, cb, cd, da, db, dc 11. 共有個(gè),具體的排列略 (二) 1.若,則 ( ) 2.與不等的是 ( ) 3.若,則的值

20、為 ( ) 4.計(jì)算: ; . 5.若,則的解集是 . 6.(1)已知,那么 ; (2)已知,那么= ; (3)已知,那么 ; (4)已知,那么 . 7.一個(gè)火車站有8股岔道,停放4列不同的火車,有多少種不同的停放方法(假定每股岔道只能停放1列火車)? 8.一部紀(jì)錄影片在4個(gè)單位輪映,每一單位放映1場(chǎng),有多少種輪映次序? 答案:1. B 2. B 3. A 4. 1,1 5. 6. (1) 6 (2) 181

21、440 (3) 8 (4) 5 7. 1680 8. 24 (三) 1.將1,2,3,4填入標(biāo)號(hào)為1,2,3,4的四個(gè)方格里,沒格填一個(gè)數(shù)字,則每個(gè)方格的標(biāo)號(hào)與所填的數(shù)字均不相同的填法( )種. . 6 . 9 . 11 . 23 2.有5列火車停在某車站并排的五條軌道上,若快車A不能停在第三條軌道上,貨車B不能停在第一條軌道上,則五列火車的停車方法有( )種. .78 .72 .120 . 96 3.由0,3,5,7這五個(gè)數(shù)組成無重復(fù)數(shù)字的三位數(shù),

22、其中是5的倍數(shù)的共有多少個(gè)( ) .9 .21 . 24 .42 4.從七個(gè)數(shù)中,每次選不重復(fù)的三個(gè)數(shù)作為直線方程的系數(shù),則傾斜角為鈍角的直線共有( )條. . 14 .30 . 70 .60 5.從4種蔬菜品種中選出3種,分別種在不同土質(zhì)的3塊土地上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),有 _____種不同的種植方法 6.9位同學(xué)排成三排,每排3人,其中甲不站在前排,乙不站在后排,這樣的排法種數(shù)共有 種。 7.(1)由數(shù)字1,2,3,4,5可以組成多少個(gè)無重復(fù)數(shù)字的正整數(shù)?

23、(2)由數(shù)字1,2,3,4,5可以組成多少個(gè)無重復(fù)數(shù)字,并且比13000大的正整數(shù)? 8.學(xué)校要安排一場(chǎng)文藝晚會(huì)的11個(gè)節(jié)目的出場(chǎng)順序,除第1個(gè)節(jié)目和最后1個(gè)節(jié)目已確定外,4個(gè)音樂節(jié)目要求排在第2、5、7、10的位置, 3個(gè)舞蹈節(jié)目要求排在第3、6、9的位置,2個(gè)曲藝節(jié)目要求排在第4、8的位置,共有多少種不同的排法? 9.某產(chǎn)品的加工需要經(jīng)過5道工序, (1)如果其中某一工序不能放在最后加工,有多少種排列加工順序的方法? (2)如果其中某兩工序不能放在最前,也不能放在最后,有多少種排列加工順序的方法? 10.一天的課表有6節(jié)課,其中上午4節(jié),下午2節(jié),要排語文、數(shù)學(xué)、外語、微機(jī)、體育

24、、地理六節(jié)課,要求上午不排體育,數(shù)學(xué)必須排在上午,微機(jī)必須排在下午,共有多少種不同的排法? 11. 由數(shù)字0,1,2,3,4,(1)可組成多少個(gè)沒有重復(fù)數(shù)字且比xx0大的自然數(shù)?(2)2不在千位,且4不在十位的五位數(shù)有多少個(gè)? 答案:1. B 2. A 3. B 4. C 5. 24 6. 166320 7.⑴325; ⑵114 8. 288 9.⑴96; ⑵36 10. 48 11. (1),(2)() (四) 1.停車場(chǎng)上有一排七個(gè)停車位,現(xiàn)有四輛汽車需要停放,若要使三個(gè)空位連在一起,則停放方法數(shù)為( ) .

25、 . . . 2.五種不同商品在貨架上排成一排,其中兩種必須連排,而兩種不能連排,則不同的排法共有( ) .12種 .20種 .24種 .48種 3.6張同排連號(hào)的電影票,分給3名教師與3名學(xué)生,若要求師生相間而坐,則不同的分法有 ( ) . . . . 4.某人射出8發(fā)子彈,命中4發(fā),若命中的4發(fā)中僅有3發(fā)是連在一起的,那么該人射出的8發(fā),按“命中”與“不命中”報(bào)告結(jié)果,不同的結(jié)果有( ) .720種 .480種

26、 .24種 .20種 5.設(shè)且,則在直角坐標(biāo)系中滿足條件的點(diǎn)共有 個(gè) 6.7人站一排,甲不站排頭,也不站排尾,不同的站法種數(shù)有 種;甲不站排頭,乙不站排尾,不同站法種數(shù)有 種 7.一部電影在相鄰5個(gè)城市輪流放映,每個(gè)城市都有3個(gè)放映點(diǎn),如果規(guī)定必須在一個(gè)城市的各個(gè)放映點(diǎn)放映完以后才能轉(zhuǎn)入另一個(gè)城市,則不同的輪映次序有 種(只列式,不計(jì)算). 8.一天課表中,6節(jié)課要安排3門理科,3門文科,要使文、理科間排,不同的排課方法有 種;要使3門理科的數(shù)學(xué)與物理連排,化學(xué)不得與數(shù)學(xué)、物理連排,不同的排課方法有 種 9.某商場(chǎng)中

27、有10個(gè)展架排成一排,展示10臺(tái)不同的電視機(jī),其中甲廠5臺(tái),乙廠3臺(tái),丙廠2臺(tái),若要求同廠的產(chǎn)品分別集中,且甲廠產(chǎn)品不放兩端,則不同的陳列方式有多少種? 10.用數(shù)字0,1,2,3,4,5組成沒有重復(fù)數(shù)字的四位數(shù),其中(1)三個(gè)偶數(shù)字連在一起的四位數(shù)有多少個(gè)?(2)十位數(shù)字比個(gè)位數(shù)字大的有多少個(gè)? 11.在上題中,含有2和3并且2和3不相鄰的四位數(shù)有多少個(gè)? 答案:1. C 2. C 3. D 4. D 5. 6 6. 3600, 3720 7. 8. 72, 144 9. 10.⑴30; ⑵15011. 66種 四、課堂小結(jié) 1.對(duì)有

28、約束條件的排列問題,應(yīng)注意如下類型: ①某些元素不能在或必須排列在某一位置;②某些元素要求連排(即必須相鄰);③某些元素要求分離(即不能相鄰). 2.基本的解題方法:①有特殊元素或特殊位置的排列問題,通常是先排特殊元素或特殊位置,稱為優(yōu)先處理特殊元素(位置)法(優(yōu)限法);②某些元素要求必須相鄰時(shí),可以先將這些元素看作一個(gè)元素,與其他元素排列后,再考慮相鄰元素的內(nèi)部排列,這種方法稱為“捆綁法”;③某些元素不相鄰排列時(shí),可以先排其他元素,再將這些不相鄰元素插入空擋,這種方法稱為“插空法”;④在處理排列問題時(shí),一般可采用直接和間接兩種思維形式,從而尋求有效的解題途徑,這是學(xué)好排列問題的根基 。

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