数学选择性必修 第三册6.1 分类加法计数原理与分步乘法计数原理图文课件ppt
展开完成一件事情,有n类不同方案,在第1类方案中有m1种不同的方法,在第2类方案中有m2种不同的方法……在第n类方案中有mn种不同的方法.那么完成这件事共有N=m1+m2+⋅⋅⋅+m?种不同的方法.
1.分类加法计数原理
完成一件事情,需要分成n个步骤:做第1步有m1种不同的方法,做第2步有m2种不同的方法……做第n步有mn种不同的方法.那么完成这件事共有N=m1× m2× …× mn种不同的方法.
分类加法计数原理和分步乘法计数原理,回答的都是有关做一件事的不同方法的种数问题 . 区别在于: 分类加法计数原理: 针对的是"分类"问题,其中各种方法相互独立,用其中任何一种方法都可以做完这件事; 分步乘法计数原理: 针对的是"分步"问题,各个步骤中的方法互相依存,只有各个步骤都完成才算做完这件事.
完成一件事,共有n类办法,关键词“分类”
完成一件事,共分n个步骤,关键词“分步”
每类办法都能独立地完成这件事情,它是独立的、一次的、且每次得到的是最后结果,只须一种方法就可完成这件事。
每一步得到的只是中间结果,任何一步都不能独立完成这件事,缺少任何一步也不能完成这件事,只有各个步骤都完成了,才能完成这件事。
各类办法是互相独立的。
各步之间是互相关联的。
即:类类独立,步步关联。
例1.计算机编程人员在编写好程序以后需要对程序进行测试,程序员需要知道到底有多少条执行路径(程序从开始到结束的路线),以便知道需要提供多少个测试数据。般地,一个程序模块由许多子模块组成。如图是一个具有许多执行路径的程序模块,它有多少条执行路径? 另外,为了减少测试时间,程序员需要设法减少测试次数,你能帮助程序员设计一个测试方法,以减少测试次数吗?
分析:整个模块的任意一条执行路径都分两步完成:第1步是从开始执行到A点;第2步是从A点执行到结束,而第1步可由子模块1、子模块2、子模块3中任何一个来完成;第2步可由子模块4、子模块5中任何一个来完成,因此,分析一条指令在整个模块的执行路径需要用到两个计数原理
解:由分类加法计数原理,子模块1、子模块2、子模块3中的子路径条数共为18+45+28=91;子模块4、子模块5中的子路径条数共为38+43=81.又由分步乘法计数原理,整个模块的执行路径条数共为91×81=7371.
在实际测试中,程序员总是把每一个子模块看成一个黑箱,即通过只考察是否执行了正确的子模块的方式来测试整个模块,这样,他可以先分别单独测试5个模块,以考察每个子模块的工作是否正常,总共需要的测试次数为18+45+28+38+43=172.再测试各个模块之间的信息交流是否正常,只需要测试程序第1步中的各个子模块和第2步中的各个子模块之间的信息交流是否正常,需要的测试次数为3×2=6.
如果每个子模块都工作正常,并且各个子模块之间的信息交流也正常,那么整个程序模块就工作正常,这样,测试整个模块的次数就变为172+6=178.
显然,178与7371的差距是非常大的
例2通常,我国民用汽车号牌的编号由两部分组成:第一部分为用汉字表示的省、自治区、直辖市简称和用英文字母表示的发牌机关代号,第二部分为由阿拉伯数字和英文字母组成的序号,如图所示. 其中,序号的编码规则为:(1)由10个阿拉伯数字和除O,1之外的24个英文字母组成;(2)最多只能有2个英文字母.如果某地级市发牌机关采用5位序号编码,那么这个发牌机关最多能发放多少张汽车号牌?
分析:由号牌编号的组成可知,序号的个数决定了这个发牌机关所能发放的最多号牌数,按序号编码规则可知,每个序号中的数字、字母都是可重复的,并且可将序号分为三类:没有字母,有1个字母,有2个字母,以字母所在位置为分类标准,可将有1个字母的序号分为五个子类,将有2个字母的序号分为十个子类。
解:由号牌编号的组成可知,这个发牌机关所能发放的最多号牌数就是序号的个数.根据序号编码规则,5位序号可以分为三类:没有字母,有1个字母,有2个字母.(1)当没有字母时,序号的每一位都是数字,确定一个序号可以分5个步骤,每一步都可以从10个数字中选1个,各有10种选法,根据分步乘法计数原理,这类号牌张数为10×10×10×10×10=100000.(2)当有1个字母时,这个字母可以分别在序号的第1位、第2位、第3位、第4位或第5位,这类序号可以分为五个子类。当第1位是字母时,分5个步骤确定一个序号中的字母和数字:第1步,从24个字母中选1个放在第1位,有24种选法;第2~5步都是从10个数字中选1个放在相应的位置,各有10种选法,根据分步乘法计数原理,号牌张数为24×10×10×10×10=240000.同样,其余四个子类号牌也各有240000张.根据分类加法计数原理,这类号牌张数一共为240000+240000+240000+240000+240000=1200000.(3)当有2个字母时,根据这2个字母在序号中的位置,可以将这类序号分为十个子类:第1位和第2位,第1位和第3位,第1位和第4位,第1位和第5位,第2位和第3位,第2位和第4位,第2位和第5位,第3位和第4位,第3位和第5位,第4位和第5位.当第1位和第2位是字母时,分5个步骤确定一个序号中的字母和数字:第1,2步都是从24个字母中选1个分别放在第1位、第2位,各有24种选法;第3~5步都是从10个数字中选1个放在相应的位置,各有10种选法,根据分步乘法计数原理,号牌张数为24×24×10×10×10=576000.同样,其余九个子类号牌也各有576000张.于是,这类号牌张数一共为576000×10=5760000.综合(1)(2)(3),根据分类加法计数原理,这个发牌机关最多能发放的汽车号牌张数为100000+1200000+5760000=7060000.
例3.从数字1,2,3,4,5中取出3个数字(允许重复),组成三位数,各位数字之和等于6,则这样的三位数的个数为( ) A.7 B.9 C.10 D.13
解:从数字1,2,3,4,5中取出3个数字(允许重复),组成三位数,各位数字之和等于6,可分为三类情况:(1)当三个数为1,1,4时,4可以在个位、十位、百位,所以共有3个这样的三位数;(2)当三个数为1,2,3时,共有3×2×1=6个这样的三位数;(3)当三个数为2,2,2时,只有1个这样的三位数.由分类加法计数原理可得,共有3+6+1=10个,即这样的三位数共有10个.
假设今天是4月5日,某市未来六天的空气质量预报情况如下表所示.该市有甲、乙、丙三人计划在未来六天(4月5日~4月10日)内选择一天出游,在①甲只选择空气质量为优的一天出游;②乙不选择4月8日出游;③丙不选择4月5日出游;④甲与乙不选择同一天出游这四个条件中任选其中三个,求这三人出游的不同方法数.
解析:若选择①②③,则三人出游的不同方法数N=4×5×5=100.若选择①②④,则需分两类,第一类,若甲选择4月27日出游,则三人出游的不同方法数N1=5×6=30;第二类,若甲不选择月27日出游,则三人出游的不同方法数N2=3×4×6=72. .故这三人出游的不同方法数N= N1 +N2 =102若选择①③④,则三人出游的不同方法数N=4×5×5=100若选择②③④,则三人出游的不同方法数N=5×5×5=125.
汽车维修师傅在安装好汽车轮胎后,需要紧固轮胎上的五个螺栓,记为A、B、C、D、E(在正五边形的顶点上),紧固时需要按一定的顺序固定每一个螺栓,但不能连续固定相邻的两个,则不同固定螺栓顺序的种数为( ) A.20 B.15 C.10 D.5
此题相当于在正五边形中,对五个字母排序,要求五边形的任意相邻两个字母不能排在相邻位置,考虑A放第一个位置,第二步只能是C或D,只有ACEBD和ADBEC两种情况;同理,分别让B、C、D、E放第一个位置,则各有两种情况,共2×5=10种情况.
例4、如图,要给地图A、B、C、D四个区域分别涂上3种不同颜色中的某一种,允许同一种颜色使用多次,但相邻区域必须涂不同的颜色,不同的涂色方案有多少种?
解: 按地图A、B、C、D四个区域依次分四步完成, 第一步涂D,m1 = 3种, 第二步涂B, m2 = 2种,第三步涂C, m3 = 1种, 第四步涂A, m4 = 1种,所以根据乘法原理, 得到不同的涂色方案种数共有 N = 3 × 2 ×1×1 = 6 种。
若用2色、4色、5色等,结果又怎样呢?
答:它们的涂色方案种数分别是 2色:0种,4色:4×3×2×2 = 48种, 5色:5×4×3×3 = 180种等。
练习:用红、黄、蓝三种颜色去涂图中标号为1,2,…,9的九宫格中的9个小正方形(如图),使得任意相邻(有公共边)的小正方形所涂颜色都不相同,且标号为“1,5,9”的小正方形涂相同的颜色,则符合条件的所有涂法有 种.
解:分三步:第一步,先给标号1.5.9的正方形涂色,有3种涂法第二步,给标号2,3.6的小正方形涂色,又分两类:一是标号3与标号1.5.9涂色相同,则标号2.6各有2种涂法,共4种涂法;标号3与标号1.5.9涂色不同,则标号3有2种涂法,此时标号2,6只有1种涂法,种涂法,综上可知,标号2.3.6的小正第三的际法有4+2=6种然跟标号号标号4.7.8的小正方形涂色,显6的小正方形涂色方法一样,根据分步乘法计数原理,符合条件的所有涂法有3×6
1.如图,用5种不同颜色给图中的A、B、C、D四个区域涂色, 规定一个区域 只涂一种颜色, 相邻区域必须涂不同的颜色, 不同的涂色方案有 种。
分析:如图,A、B、C三个区域两两相邻, A与D不相邻,因此A、B、C三个区域的颜色两两不同,A、D两个区域可以同色,也可以不同色,但D与B、C不同色。由此可见我们需根据A与D同色与不同色分成两大类。
解:先分成两类:第一类,D与A不同色,可分成四步完成。第一步涂A有5种方法,第二步涂B有4种方法;第三步涂C有3种方法;第四步涂D有2种方法。根据分步计数原理,共有5×4×3×2=120种方法。
根据分类计数原理,共有120+60=180种方法。
第二类,A、D同色,分三步完成,第一步涂A和D有5种方法,第二步涂B有4种方法;第三步涂C有3种方法。根据分步计数原理,共有5×4×3=60种方法。
2、某城市在中心广场建造一个花圃,花圃分为6个部分(如右图)现要栽种4种不同颜色的花,每部分栽种一种且相邻部分不能栽种同样颜色的花,不同的栽种方法有______种.
(1)②与⑤同色,则③⑥也同色或④⑥也同色,所以共N1=4×3×2×2×1=48种;
所以,共有N=N1+N2+N3=48+48+24=120种.
(2)③与⑤同色,则②④或⑥④同色,所以共有N2=4×3×2×2×1=48种;
(3)②与④且③与⑥同色,则共N3=4×3×2×1=24种
解法一:从题意来看6部分种4种颜色的花,又从图形看知必有2组同颜色的花,从同颜色的花入手分类求
3.现有5种不同的颜色给如图所示的几何体的五个顶点P,A,B,C,D涂色,要求同一条棱上的两个顶点颜色不能相同,则一共有 种涂法.
解析 第1类:顶点A,C同色.顶点P有5种颜色可供选择,顶点A有4种颜色可供选择,顶点B有3种颜色可供选择,此时顶点C与顶点A同色,只有1种颜色可选,顶点D有3种颜色可供选择,不同的涂法有5×4×3×1×3=180种.第2类:顶点A,C不同色,顶点P有5种颜色可供选择,顶点A有4种颜色可供选择顶点B有3种颜色可供选择,此时顶点C顶点A不同色,有2种颜色可选,顶点D有2种颜色可供选择,不同的涂法有5×4×3××2=240种.综上,不同的涂法共有180+240=420种.
1、乘积 展开后共有几项?
2、某商场有6个门,如果某人从其中的任意一个门进入商场,并且要求从其他的门出去,共有多少种不同的进出商场的方式?
3.如图,该电路,从A到B共有多少条不同的线路可通电?
所以, 根据分类原理, 从A到B共有 N = 3 + 1 + 4 = 8 条不同的线路可通电。
在解题有时既要分类又要分步。
解: 从总体上看由A到B的通电线路可分三类,
第一类, m1 = 3 条
第二类, m2 = 1 条
第三类, m3 = 2×2 = 4, 条
两大原理妙无穷, 茫茫数理此中求; 万万千千说不尽, 运用解题任驰骋。
1.三个比赛项目,六人报名参加。1)每人参加一项有多少种不同的方法?2)每项1人,且每人至多参加一项,有多少种不同的方法?3)每项1人,每人参加的项数不限,有多少种不同的方法?
2.设A={a,b,c,d,e,f},B={x,y,z},从A到B共有多少种不同的映射?
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