對(duì)比分析排列組合問(wèn)題，深入探究試題命題模式

陳國(guó)林

排列組合問(wèn)題是學(xué)習(xí)概率問(wèn)題的基礎(chǔ)，它對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)一些常見(jiàn)的數(shù)學(xué)模型起著紐帶作用. 例如，在學(xué)習(xí)古典概型時(shí)，由于兩者的聯(lián)系緊密，就需要在熟練掌握排列組合的基礎(chǔ)上進(jìn)行解題.對(duì)于排列組合問(wèn)題的學(xué)習(xí)，要緊緊圍繞事件展開，這類知識(shí)的學(xué)習(xí)要能 夠通過(guò)對(duì)比分析，從不同角度進(jìn)行比較，深入理解排列和組合的區(qū)別與聯(lián)系，通過(guò)教材探源，對(duì)高考試題的命題變化進(jìn)行分析，才能做到解決此類問(wèn)題游刃有余．

一、排列組合的的命題特點(diǎn)

排列組合問(wèn)題是高考試題中最常見(jiàn)的一種命題考點(diǎn)，考查形式主要呈現(xiàn)為單選題和填空題. 這類試題不排除命制多選題的可能，但僅考查排列組合試題的單一命題模式的解答題的考查可能性依然較小，若有涉及，也多與離散型隨機(jī)變量的分布列和數(shù)學(xué)期望進(jìn)行綜合檢測(cè).通過(guò)近年來(lái)的排列組合高考真題進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)，排列組合的的命題特點(diǎn)呈現(xiàn)出實(shí)用性、應(yīng)用性和情境化，常以現(xiàn)實(shí)生活為載體，常見(jiàn)的熱點(diǎn)命題情境有體育賽事、時(shí)事熱點(diǎn)、志愿服務(wù)、文藝匯演等.通常情況下，排列組合問(wèn)題考查難度不大，但能夠較好的對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模和邏輯推理素養(yǎng)進(jìn)行檢測(cè)，而且能夠通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)情境考查考生利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力. 因此，這類考題在未來(lái)高考試題中的考查可能會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)和提升．

二、排列組合的解題思路

排列（組合）問(wèn)題是從n個(gè)不同的元素中選取m（m≤n）個(gè)元素的所有排列（組合）的個(gè)數(shù)，在解決排列組合問(wèn)題時(shí)關(guān)鍵在于審清題意，確定所解決的問(wèn)題是屬于排列問(wèn)題還是組合問(wèn)題，并依據(jù)題目中的條件找出問(wèn)題中所給出的關(guān)鍵元素，對(duì)所尋找的元素與順序、相關(guān)位置的關(guān)系進(jìn)行判斷，觀察題目中是否對(duì)所給的元素有特殊要求.如果題目所給的問(wèn)題不是單一知識(shí)組成的問(wèn)題，則需利用排列知識(shí)外，還要利用組合知識(shí)進(jìn)行求解，即采用先組合后排列的方法進(jìn)行對(duì)所給問(wèn)題進(jìn)行解答．

三、真題探究

典例1.（2023新高考 Ⅲ卷T 13）某學(xué)校開設(shè)了 4門體育類選修課和 4門藝術(shù)類選修課，學(xué)生需從這 8門課中選修 2門或 3門課，并且每類選修課至少選修 1門，則不同的選課方案共有____ ?種（用數(shù)字作答）．

【問(wèn)題分析】問(wèn)題要求從8門課程中選修2門或3門課程，因此需要進(jìn)行分類，又因?yàn)樗姓n程共分為2類，而且每類課程至少選擇1門，通過(guò)分類計(jì)算可得不同的選課方案種數(shù)為64．

【解析】若從8門所給的課中選修2門課，每類課程各選1門， 則有C1 4·C1 4=16種選課方案； 若從這8門課中選修3門課，則可以從體育類課程中選擇1門，從藝術(shù)類課程中選擇2門或者從體育類課程中選擇2門，從藝術(shù)類課程中選擇1門， 則有C1 4·C2 4+C2 4·C1 4=48種方案，故有64種不同的選課方案．

【變式1】若4位同學(xué)需要從學(xué)校所開設(shè)的 4門課程中選則1門進(jìn)行學(xué)習(xí)，則不同的選課方案為 ____種．

【解析】4位同學(xué)從4門體育類選修課程中選修1門，根據(jù)分布計(jì)數(shù)原理可知共有44=256種選課方案．

【變式2】4位同學(xué)從學(xué)校開設(shè)的 4門體育類選修課程中選修1門，若4位同學(xué)選修的課程各不相同，則不同的選課方案為____ 種．

【解析】4位同學(xué)從4門體育類選修課程中選修1門且選修的課程各不相同，則共有4×3×2×1=24種選課方案．

【變式3】3位同學(xué)從4門體育類選修課程中各選擇2門，若4門課程中均有同學(xué)選修，則不同的選課方法種數(shù)為____．

【解析】由于3位同學(xué)必均選擇2門課程，則有C2 4C2 4C2 4=216種選法，若4門體育類選修課程中2門沒(méi)人選修的種數(shù)為C2 4=6，若4門體育類選修課程中1門沒(méi)人選修的種數(shù)為4（C2 3C2 3C2 3-3）=96，故所求結(jié)果為216-6-96=114．

【變式4】某學(xué)校在2023-2024年度上學(xué)期共開設(shè)了9門選修課程，其中學(xué)科知識(shí)類選修課有5門，素養(yǎng)提升類選修課有 4門，已知小林需要從學(xué)校所開設(shè)的9門課程中選擇3門進(jìn)行學(xué)習(xí)，若素養(yǎng)提升類選修課程至少選修 1門，則小林不同的選課方案共有____ ?種．

【解析】根據(jù)已知條件，通過(guò)選取對(duì)立面可知C3 9-C3 5=74．

【變式5】某學(xué)校共開設(shè)了5門藝術(shù)類選修課程，若小紅和小李各選修2門課程，且兩人選修的課程最多只有1門相同，已知小紅選擇了舞蹈，則小紅和小李不同的選課方法種數(shù)為____ ?．

【解析】小紅和小李所選的課程有1門相同時(shí)，且均為舞蹈時(shí)，則有A2 4=12種方法，若不為舞蹈時(shí)，則有C1 4C1 3=12種方法，當(dāng)小紅和小李所選的課程沒(méi)有相同時(shí)，則有C1 4C2 3=12種方法，所以小紅和小李不同的選課方法種數(shù)為36．

四、雙向?qū)Ρ?/p>

1. 新舊教材分析

以北師大版教材為例，排列組合模塊老教材中選修2-3第一章節(jié)中出現(xiàn)，該章節(jié)除了排列組合知識(shí)外，還涉及了分類加法和分布乘法計(jì)數(shù)原理、簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)問(wèn)題和二項(xiàng)式定理，共5節(jié)內(nèi)容.新教材中將其調(diào)整到了選擇性必修第一冊(cè)第五章，該章節(jié)除了排列組合知識(shí)外，還涉及了計(jì)數(shù)原理和二項(xiàng)式定理，共4節(jié)內(nèi)容.無(wú)論是新教材還是舊教材緊跟著的均是概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)，這是因?yàn)榕帕薪M合知識(shí)與概率知識(shí)是相互關(guān)聯(lián)的.對(duì)于高中數(shù)學(xué)的排列組合問(wèn)題，從不同角度可以設(shè)置不同的問(wèn)題，難度差異也較大，因此，在處理排列組合問(wèn)題時(shí)，要能夠勤于思考，多視角去開展教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)不同的變式技巧加強(qiáng)排列組合試題的變化多樣性．

2. 高考試題分析

2023年新高考Ⅰ卷和Ⅱ卷均對(duì)排列組合問(wèn)題進(jìn)行了考查，其中Ⅰ卷以組合試題進(jìn)行了命題，Ⅱ卷以體育運(yùn)動(dòng)為命題背景，考查了分層隨機(jī)抽樣的綜合問(wèn)題，難度相對(duì)較為基礎(chǔ)，2022年新高考Ⅰ卷和Ⅱ卷也均對(duì)排列組合問(wèn)題進(jìn)行了考查，其中Ⅰ卷主要結(jié)合組合問(wèn)題考查了古典概型，Ⅱ卷以文藝匯演為命題背景，考查了排列組合的綜合問(wèn)題.從近年新高考試卷的命題分析來(lái)看，排列組合試題已經(jīng)成為新高考試題中不可或缺的一道亮麗的試題，它能夠與數(shù)學(xué)情境交匯融合，命題形式多樣，能夠有力的對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力進(jìn)行考查.下面我們以2023年新高考Ⅱ卷試題為例進(jìn)行分析．

典例2.（2023新高考Ⅱ卷 T 3）某學(xué)校為了解學(xué)生參加體育運(yùn)動(dòng)的情況，用比例分配的分層隨機(jī)抽樣法作抽樣調(diào)查，擬從初中部和高中部?jī)蓪庸渤槿?0名學(xué)生，已知該校初中部和高中部分別有400和200名學(xué)生，則不同抽樣結(jié)果共有（? ）

A .C45 400·C15 200種

B . C20 400·C40 200種

C .C30 400·C30 200種

D .C40 400·C20 200 種

【解析】根據(jù)題目可知該校共有600名學(xué)生，抽取60名學(xué)生，故10名學(xué)生中抽取1名，根據(jù)分層抽樣的原理可知應(yīng)從初中部和高中部分別抽取40人和20人， 所以不同抽樣的結(jié)果為 C40 400C20 200．

【點(diǎn)評(píng)】本題以體育運(yùn)動(dòng)為命題素材，結(jié)合分層抽樣考查了組合問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比分析不難發(fā)現(xiàn)，高考試題有關(guān)排列組合問(wèn)題的命題多和典例2的命題形式相似，難度均不大．

3.教材題源分析

對(duì)于2023年7的高考真題其實(shí)在教材中均能夠找到相應(yīng)的影子，以人教 A 版教材為例，2023年新高考Ⅰ卷 T 13與人教 A 版 P 26練習(xí)題均為選課問(wèn)題，只不過(guò)教材中是選擇課程的考試成績(jī)，并未對(duì)課程進(jìn)行分類，2023年新高考Ⅱ卷與人教 A 版 P 17練習(xí)題均與體育運(yùn)動(dòng)相關(guān)，考查背景相同，2023年全國(guó)甲卷 T 4與人教 A 版 P 26習(xí)題9均是以文藝晚會(huì)為命題背景，但考查角度不同．

五、解題技巧

對(duì)于排列、組合問(wèn)題常見(jiàn)的解題方法有直接法、排除法，若題目要求元素相鄰則采用捆綁法；元素不相鄰則采用插空法；占位法的應(yīng)用從元素的特殊性上講，誰(shuí)特殊先排誰(shuí)，若位置特殊，則先安排特殊位置；若問(wèn)題中的某些元素順序有所要求，則采用調(diào)序法；平均分組可采用平均法，需要注意的是分母需要除以；正整數(shù)解組數(shù)解問(wèn)題常用隔板法；除此之外，還需要關(guān)注定位問(wèn)題，即從個(gè)不同元素中每次取出個(gè)不同元素作排列規(guī)定某個(gè)元素都包含在內(nèi)，并且都排在某個(gè)指定位置則有．

六、命題預(yù)測(cè)

通過(guò)以上分析，排列組合的重要性不言而喻，但通過(guò)高考真題分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該考點(diǎn)考查背景變化多樣，但難度不大，但與教材聯(lián)系緊密，基于以上排列組合高考試題的命題特點(diǎn)，給出以下預(yù)測(cè)試題，供參考：

預(yù)測(cè)1：為了迎接新同學(xué)，杭州市某中學(xué)組織了一場(chǎng)迎新晚會(huì)，已知該晚會(huì)共設(shè)計(jì)了四個(gè)篇章，其中《自強(qiáng)不息》與《輝煌未來(lái)》篇章必須相鄰，則不同的排列方法共有??? 種（用數(shù)字作答）.

【解析】由于《自強(qiáng)不息》與《輝煌未來(lái)》篇章必須相鄰，所以將兩者“捆綁”，則不同的排列方法共有A2 2A3 3=12種．

預(yù)測(cè)2：某市在2023年10月舉辦了一年一度的市運(yùn)動(dòng)會(huì)，某校共選派了5名長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員參賽，賽后領(lǐng)隊(duì)決定給5位運(yùn)動(dòng)員合影留念，若小明和小徐均不想站左端，小明和小青又要相鄰，則不同的安排方法數(shù)為??? 種（用數(shù)字作答）.

【解析】當(dāng)小青站在左端時(shí)，小明和小青必須相鄰，其余運(yùn)動(dòng)員全排列，共有A3 3=6種排法，當(dāng)小青站在左端時(shí)，從余下的3名運(yùn)動(dòng)員中選擇1名運(yùn)動(dòng)員站在左端，再將小明和小青捆綁，與余下的2名運(yùn)動(dòng)員全排列，共有A1 2A2 2A3 3=24種排法，所以不同的安排方法數(shù)為30種．

預(yù)測(cè)3：一名同學(xué)有5本不同的書，現(xiàn)要將這些書擺放在一個(gè)三層的書架上，若每層書架上至少放1本，則《廣東教育》不放在第一層的概率為??? ．

【解析】若三層書架放書的本數(shù)位1，1，3時(shí)，則有C1 5C1 4A2 2A3 3=60種擺放方法，其中《廣東教育》放在第一層的方法為C1 4A2 2+C2 4A2 2=20種；若三層書架放書的本數(shù)位1，2，2時(shí)，則有C1 5C2 4A2 2A3 3=90種擺放方法，其中《廣東教育》放在第一層的方法為C2 4+C1 4A2 2=30種，故《廣東教育》不放在第一層的概率為1-20+3060+90=23．

責(zé)任編輯 ?徐國(guó)堅(jiān)