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排列组合

专题简介
排列组合研究从若干元素中选取部分或全部进行有序/无序安排的方法数。
排列(有序):P(n,r) = n!/(n−r)!;组合(无序):C(n,r) = n!/(r!(n−r)!)。
加法原理(分类)和乘法原理(分步)是基础。

常用技巧
【排列 P(n,r)】从 n 个中取 r 个,按顺序排列。P(n,r) = n×(n−1)×…×(n−r+1)。
【组合 C(n,r)】从 n 个中取 r 个,不排顺序。C(n,r) = P(n,r)/r!。
【捆绑法】相邻的元素先捆成整体,整体排列后再乘内部排列。
【插空法】不相邻的元素先排其他的,再插入空位。
【隔板法】把 n 个相同物品分给 r 个人(每人至少 1 个),方法数 = C(n−1,r−1)。
【涂色计数】环形涂色注意旋转等价,用递推或公式。

常见易错点
× 排列(有顺序)和组合(无顺序)不要混淆。
× 隔板法要求每个至少分 1 个,如果允许为 0 要先预分。
× 捆绑法别忘了内部排列。
× 环形排列要除以 n(因为旋转等价)。

练习摘录

排列和组合怎么区分?

有顺序 → 排列(排队) 无顺序 → 组合(组队) P(n,r) 排队用, C(n,r) 组队用。

P(n,r) 和 C(n,r) 的关系是什么?

提示:3 个人选 2 个排队和选 2 个组队,数量差多少倍? 排列 = 组合 × r! P(n,r) = C(n,r) × r! 因为每种组合可以排 r! 种顺序。 C(n,r) = P(n,r) ÷ r! 例:$C(5,2)=P(5,2)$ ÷ 2 = 20 ÷ 2 = 10。

从 6 个奥特曼中选 3 个站成一排,有多少种排法?

提示:选 3 个,排好顺序 → 用排列。 $P(6,3)=6 \times 5$×4 = 120 种 第 1 个位置:6 种,第 2 个:5 种,第 3 个:4 种。

从 6 个奥特曼中选 3 个组队(不排队),有多少种?

提示:不排顺序 → 用组合。 $C(6,3)=6 \times 5$×4÷($3 \times 2$×1) = 20 种 比排列数少,因为 ABC 和 ACB 是同一组。

把 10 颗相同的糖果分给 3 个小朋友,每人至少 1 颗,有几种分法?(隔板法)

提示:隔板法:在 10 颗糖果的 9 个空隙中放 2 个隔板。 9 个空隙放 2 个隔板:$C(9,2)$ = 36 种。 隔板把糖果分成 3 堆:第一堆给小朋友 A,第二堆给 B,第三堆给 C。 每人至少 1 颗(隔板不在两端外,只在空隙中)。

5 个人围成一圈坐,有几种坐法?(环形排列)

提示:环形排列:旋转后一样的算同一种。 线性排列:5! = 120 种 环形排列:5! ÷ 5 = 24 种 除以 5 是因为每种环形坐法被旋转了 5 次(5 个位置各当一次起始点)。

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