引入

从 个人里选 个排队,和选 个组成小组,答案为什么差 倍?

什么时候用加法原理,什么时候用乘法原理?

为什么”至少有一个”这类问题,往往倒过来算更快?

排列与组合是计数的两条基本路线:排列关心顺序,组合不关心顺序。两者的差别只在一个除法,但用错会导致答案相差一个阶乘。

正文

定义

  • 分类加法计数原理:完成一件事有 类办法,第 类有 种方法,则总数为 。
  • 分步乘法计数原理:完成一件事需要 个步骤,第 步有 种方法,则总数为 。

加法与乘法的区分

原理关键词结构
加法”或”、“分类”各类互斥,任选一类即可完成
乘法”且”、“分步”每步都必做,全部完成才算完成

判断标准不是文字,而是**“能否只做其中一项就完成任务”**。能则加法,不能则乘法。

排列

定义

从 个不同元素中取出 个(),按照一定顺序排成一列,称为排列,其个数记为

全排列 。

组合

定义

从 个不同元素中取出 个(),不考虑顺序,称为组合,其个数记为

除以 的原因:每一组 个元素都能排出 种不同顺序,在排列中它们被算作不同结果,在组合中应合并为一种。

排列与组合的对照

项目排列组合
是否看顺序看不看
符号
例: 选
关系

组合数的性质

性质式子意义
对称性选出的与剩下的等价
递推分类:含某个元素 / 不含
边界全不选与全选各一种

递推公式是杨辉三角的来源,也是 数学归纳法 证明组合恒等式的常用起点。

常见题型

题型方法
相邻问题捆绑法:把相邻元素看作一个整体
不相邻问题插空法:先排其他元素,再插入
定序问题除以定序元素的排列数
至少 / 至多间接法:总数减去对立情况
分组分配先分组(注意均分要除),再分配
相同元素分配隔板法

为什么”至少一个”常用间接法? 因为”至少一个”包含多种情况,直接分类要讨论 个、 个、……,而它的对立面”一个都没有”只有一种情况。

二项式定理的联系

展开式的第 项系数就是 。这说明组合数不只是计数工具,也是代数展开的系数,两种解释互相印证。

常见误区

错误说法问题
”排列组合是一回事”差一个
“看到’选’就用组合”若选出后还要排序,则是排列
”分类和分步可以混用”加法与乘法的适用条件不同
”均分问题不用除”均分成 组要除以
” 中 必须小于 “由对称性可转化为小于 ,但不是限制

引出

为什么组合数的递推公式恰好对应杨辉三角?

隔板法为什么能处理”相同元素分配”?

排列组合与概率中的古典概型是什么关系?