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高中二~高中三年级 (16-18岁)

概率统计 排列

排列是连选出的东西按什么顺序摆放都要区分的选法。 即使选的是同样三个人,只要谁站第一、第二、第三变了,就算不同的情况。 所以第一个位置有 n 种选法,下一个位置少一个,剩 n − 1 种,这样一直乘到第 r 个位置,就是 ₙPᵣ。 拖动上面的 n、r 滑块,每个位置剩下的选法和它们的乘积马上就能看到;拖动圆桌滑块,可以数出转一转就相同的圆排列的个数。

有顺序的选取

即使选的是同样几个人,一旦给位置排上名次,情况就会变多。排列是连位置的顺序也区分开来数出的个数,ₙPᵣ 是从 n 个中由前往后填满 r 个位置时,把每个位置剩下的个数相乘得到的值。第一个位置有 n 个,下一个有 n − 1 个,一个个减少直到第 r 个位置,这个乘积等于 n! ÷ (n − r)!。全部排成一列时 r = n,结果是 n!;如果有相同的东西混在里面,就要除以那些分辨不出的交换。圆桌上大家都挪一个座位还是同一种坐法,所以把 n 种旋转看作一种,得到 (n − 1)!。规定 0! = 1,也是为了让这个公式在 r = n 时照样成立。

🎯 什么是排列
①从 n 个不同元素中取出 r 个并按顺序排成一列,方法数记作 ₙPᵣ
②就像选第一、二、三名那样,谁站在哪个位置会改变结果
③即使是同样三个人,排列顺序不同就是不同的情况
④不计顺序的组合放在下一章讲

按位置来数

5
3

上方放着 n 个带编号的球,只有前 r 个涂了颜色。下方从第 1 位到第 r 位排成一行格子,每个格子写着这个位置还能选的个数 n、n − 1、…。虚线把上方的球和下方的格子连起来,最下面一行把 ₙPᵣ 写成这些数的乘积。n 从 2 到 8,r 从 1 到 n 变化,初始值是 n = 5,r = 3。圆桌图中按人数摆放彩色球围成一圈,座位固定的 1 号球带有“固定”标记。图下方写着把一列的个数 n! 除以旋转数 n 得到 (n − 1)! 的计算,圆桌人数从 3 到 7,初始值是 4。

💡 乘法原理
①第一个位置有 n 种选法
②第二个位置已用掉一个,剩 n − 1 种
③这样每个位置少一个,第 r 个位置剩 n − r + 1 种
④全部相乘得 n × (n − 1) × … × (n − r + 1)
排列数
nPr = n!(n-r)!
从 n 个中取 r 个按顺序排列的方法数

特殊的排列

把 n 个人坐圆桌的方法数写成一列的 n!,就会把每挪一个座位的同一种坐法当作不同情况各数 n 次。要把旋转后重合的坐法归为一种,就得固定一个人,只排其余 n − 1 个人,结果是 (n − 1)!。排队的问题如果用不计顺序的组合,前后交换的队列就被漏掉,结果偏小。必须相邻的两个人,先捆成一组来排,再乘上组内两人交换位置的 2!。含有相同元素的排列如果漏掉分母,就会把分辨不出的交换当作不同情况来数。

n 个全部排列
nPn = n!
把 n 个元素全部排成一列的方法数
有相同元素的排列
n!p! q! r!
n 个元素中分别有 p、q、r 个相同时。相同元素互换位置结果不变,所以要除以相应的阶乘

圆排列

4
🔄 圆排列的要点
①围成圆形坐时,大家都挪一个座位还是同一种坐法
②所以固定一个人的座位,只排其余的人
③n 个人的圆排列数是 (n − 1)!
④也可以看成一列的 n! 种排法每 n 种因旋转而重合,所以 n! ÷ n = (n − 1)!
圆排列数
(n−1)!
n 个元素排成圆形的方法数

例题

例题 1
求从 5 个不同元素中取 2 个排成一列的方法数 ₅P₂。
1
把第一个位置的 5 种和第二个位置的 4 种相乘。
₅P₂ = 5 × 4
2
计算乘积。
= 20
▸ 20
₅P₂ = 20 是 ₅C₂ = 10 的 2 倍,因为选出的两个元素有 2! = 2 种排法。
例题 2
5 个人排成一列,使特定的 2 个人相邻,有多少种排法?
1
把相邻的 2 人捆成一组,就是 4 个单位排成一列,有 4! 种。
整体排列 4! × 内部顺序 2!
2
再乘上组内两人交换位置的 2!。
= 24 × 2 = 48
▸ 48
相邻条件要先捆在一起排列,再乘上组内的顺序。

小结

排列数
nPr = n!(n-r)! = n(n-1)(n-2)···(n-r+1)
顺序会改变结果的选取方法数
教育厅学力评价类题
从 1、2、3、4、5 这 5 个数字中取出不同的 3 个,能组成多少个三位自然数?
①10
②20
③30
④60
⑤120
▸ ④ 60
1
从 5 个不同数字中取 3 个排在百位、十位、个位,所以是 ₅P₃。
₅P₃ = 5 × 4 × 3
2
计算乘积。
= 60
🎯 考试要点
①区分顺序就是排列,不区分就是组合
②ₙPₙ = n! 是全部排列的个数
③圆排列数是 (n − 1)!
④有相同元素的排列,用总数的阶乘除以各组相同元素的阶乘
⑤0! = 1

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