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高中数学各个击破126两个计数原理

高中数学各个击破126两个计数原理

两个计数原理:先分清「或者」与「然后」

高中数学各个击破 · 第 126 讲 | 第 21 册《计数原理》第 1 讲

本期考点:分类加法计数原理 ·分步乘法计数原理 ·分类与分步的嵌套 ·树状图 ·染色问题

📌 写在前面

整个《计数原理》这一册,从头到尾只有两条原理:分类用加法,分步用乘法。这句话人人会背,可一到具体题目还是错。

错的地方几乎从来不是"忘了用哪个原理",而是没看清题目说的"一件事"到底是什么。

举个例子:"从甲地到乙地,可以坐火车也可以坐汽车",这里火车、汽车各自都能单独把你送到,所以是"或者",用加法。而"从甲地经丙地到乙地",坐完火车还得坐汽车才算到,所以是"然后",用乘法。差别全在这一步完了,事做完了没有。

这一讲十道例题,把这个判据磨到能用为止:

  • 例 1 到例 3 练分类。分类最难的是"凭什么这么分",三道题给三个不同的抓手:按关键元素的状态分、按"多出来的那一个落在哪儿"分、按题目里最硬的那个条件分。
  • 例 4 到例 6 练分步。分步最难的是"先安排谁",关键一句是谁选谁:人选项目还是项目选人,答案差着两个数量级(例 4 的 729 与 216 就是这么分岔的)。
  • 例 7 到例 10 练两个原理一起用。真实题目几乎都是"整体分步、局部归类",或者"整体分类、局部分步"。例 7 会告诉你:先安排受限制最多的那一步,能让后面要分的类数直接减半。

还有两句最省事的话,先放在这儿:

数据不大就画树状图(例 9)。四个老师不在本班监考,列式子容易乱,画树状图三十秒出答案 9。

染色问题永远有两条路(例 10):要么按"先染谁后染谁"一条路径走到底,要么按"用了几种颜色"先分大类。两条路都算出 420,才是真的算对了。

🎯 学习目标

  1. 能用自己的话说清:什么叫"完成一件事",什么叫"某一类方案能独立完成这件事";
  2. 能从题目里抓出关键词、关键元素、关键位置,据此定出分类标准或分步顺序;
  3. 能在"整体分步中局部归类""整体分类中局部分步"的复合题里,正确套用两个原理。

📖 要点提炼

一、两个原理,各一句话

判据
算法
推广
分类加法
每一类里的每一种方法,单独就能把这件事做完
分步乘法
每一步只做完一部分,全部做完才算做完

两条原理各有一条不能忘的附注:

  • 分类时,任意一种方法必须且只能属于某一类——不重不漏(例 8 最容易漏);
  • 分步时,每一步的方法数要与前面怎么选无关——否则这一步就不能直接乘,得先分类(例 7 的偶数日就是这么卡住的)。
图1 两个原理一张图:平行路径相加、串联路径相乘

二、"完成一件事"——先把这件事说准

拿到题先做一件事:把题目要你数的是什么,写成一句完整的话。

  • "数一数有多少种报名方法"——是"6 个人各自选定一个项目"这件事有多少种结果;
  • "数一数有多少种设计方案"——是"3 座桥的落点全部确定"这件事有多少种结果;
  • "数一数有多少种染色方法"——是"5 个顶点全部染完且每条棱两端异色"这件事有多少种结果。

这句话写不出来,后面一定乱。这句话一写出来,你就知道该问"是分类还是分步"了。

三、分类的标准从哪来

分类标准不是凭空挑的,从三处找:

  1. 关键元素的状态。例 1 里"岛 A 连 1 座桥还是 2 座桥"就是状态;例 8 里"甲盒放 2 个、1 个还是 0 个球"也是状态。
  2. 多出来的那一个落在哪儿。例 2 里 4 个人分到 3 个路口,必有一个路口站 2 人——"哪个路口站 2 人"就是天然的分类标准。
  3. 题目里最硬的那个条件。例 3 里"生物只可选 B 层"最硬,于是先按"生物放第几节"分;例 7 里"甲的车最多用一天"最硬,于是先把甲的车安排掉。

一句话:分类标准 = 题中最受限制的那个东西的所有可能状态。

四、分步的顺序从哪来:谁选谁

这是分步题唯一的难点。判据只有一句:看最后那个结果,是谁被分配给了谁。

  • "每人恰好参加一项"——人选项目:每个人有 3 种选法,6 个人,;
  • "每项限报一人"——项目选人:每个项目从人里挑 1 个, 或 ,取决于人能不能重复。

同一个场景,主语一换,答案从 729 变成 216。例 4 就是把三种说法摆在一起让你比。

五、数据不大,就画树状图

有一类题,数字不大但关系式讲不清楚:4 个老师错开监考、3 个人传 4 次球、5 只猴子撞 9 根树枝。这时候别硬凑式子,画树状图一层一层往下数。

树状图还有个隐藏好处:它天然是"分类——分步——分类"交替的结构,画一遍你就知道哪儿该加哪儿该乘了。例 9 就是这么做的。

六、染色问题的两条路

染色问题的统一结构是:若干区域 + 相邻区域必须异色 + 一盒颜色。

  • 路径法:先设计一条染色顺序(通常从相邻最多的那个区域开始),按顺序乘下去;遇到"某一步的方法数依赖前面的选择"就停下来分类。见例 10 方法二。
  • 用色数法:先按"一共用了几种颜色"分大类,再在每类里分配颜色。见例 10 方法三。

两条路互相对答案,是本讲最实用的一道保险。

七、三处必踩的坑

  1. 把"分步"当成了"分类"。例 5 里最容易犯的错是"按有几个人参与值班分类"——一旦这么分,类与类之间会重叠(同一个人可以在不同类里出现),加法直接失效。判据:分完类以后,任意两种方法能不能各自独立完成这件事?不能,就不是分类。
  2. **分步时忽略了"这一步的依赖"**。例 7 的偶数日,甲的车只能用一天,所以"第二天有多少种选法"取决于"第一天用没用甲的车"——这时候不能硬乘,得拆成两类再乘。
  3. 重复计数,或者漏掉一类。例 8 的两小问,容量不同的盒子加上"同色/异色"的禁令,稍不留神就少算。对策是固定一个盒子作为分类依据,把它放几个球的所有情况列全(放 2 个、放 1 个、放 0 个),再逐类往下走。

🧮 范例精讲

十道例题按"先分类、再分步、最后合起来用"排成三组。每道题先说清这件事是什么,再动手数。

组一 分类加法:分类标准从哪里找

例 1 四座岛,三座桥

如图,某景观湖内有 4 个人工小岛,为方便游客登岛观赏美景,现计划设计 3 座景观桥连通 4 个小岛。若每座桥只能连通 2 个小岛,且每个小岛最多有 2 座桥连接,则设计方案最多有(  )

A、 种        B、 种        C、 种        D、 种 

先把"一件事"说准:要确定的是"3 座桥各自连哪两个岛",桥与桥之间不区分先后。

解析(思路一:按岛 A 连几座桥分类)。

3 座桥连通 4 个岛,边数 = 点数 ,所以这个图是一棵树;又每个岛最多连 2 座桥,即每个顶点的度数不超过 2——一棵所有顶点度数都不超过 2 的树,只能是一条链。于是"设计方案"就是"把 4 个岛排成一列"。

按岛  在链上的位置分类:

  •  只连 1 座桥: 是链的一端,剩下  依次排开,有  种;
  •  连 2 座桥: 在链的中间。由于链反着读是同一个方案,只需数" 前面 1 个岛、后面 2 个岛"的情形:前面那个岛有  种选法,后面两个岛排顺序有  种,共  种。

由分类加法计数原理, 种。选 B。

解析(思路二:直接数排列)。

既然方案就是"4 个岛排成一列",而一条链从哪端读起都一样,所以方案数为 。

图2 例1:四座岛三座桥,其实是在数"四个岛排成一列"

评注:这道题真正的门槛是把两句话翻译成图论语言——"3 座桥连通 4 个岛"逼出"树","每岛最多 2 座桥"逼出"链"。翻译完,方案数就是 。分类标准(岛  连几座桥)来自关键元素的状态,这是找分类标准最常用的一招。

例 2 四名志愿者,三个路口

4 名交通志愿者甲、乙、丙、丁申请在五一期间到 3 个路口  协助交警执勤,每人执勤一天,他们申请执勤路口的意向如下表:

交通路口
志愿者
甲、乙、丙、丁
甲、乙、丙
丙、丁

这 4 名志愿者的申请被批准,且执勤安排也符合他们的意向,若要求 3 个路口都有志愿者执勤,则不同的安排方法有(  )

A、 种        B、 种        C、 种        D、 种 

解析。 4 个人分到 3 个路口且每个路口至少 1 人,所以必有一个路口站 2 人——"哪个路口站 2 人"就是天然的分类标准。

  •  路口站 2 人:先选这 2 人。注意剩下的 2 人要能分去 、 且各自符合意向: 
    • 甲乙去 :剩丙丁,只能丙去 、丁去 , 种;
    • 甲丙去 :剩乙丁,只能乙去 、丁去 , 种;
    • 甲丁去 :剩乙丙,只能乙去 、丙去 , 种;
    • 乙丙去 :剩甲丁,只能甲去 、丁去 , 种;
    • 乙丁去 :剩甲丙,只能甲去 、丙去 , 种;
    • 丙丁去 :剩甲乙,但乙不能去 、甲不能去 , 种。 共  种。
  •  路口站 2 人(只能从甲、乙、丙中选): 
    • 甲乙去 :剩丙丁,丙去  丁去 、或丙去  丁去 , 种;
    • 甲丙去 :剩乙丁,只能乙去 、丁去 , 种;
    • 乙丙去 :剩甲丁,只能甲去 、丁去 , 种。 共  种。
  •  路口站 2 人: 只接受丙、丁,所以必是丙丁去 ,剩甲乙分去 、,有  种。

由分类加法计数原理, 种。选 B。

图3 例2:先定哪个路口站两个人

评注:分类标准来自"多出来的那一个落在哪儿"。这一类"把  个东西分进  个盒子、每个盒子不空"的题,标准动作就是先找出那个装 2 个的盒子。另外注意:分类之后每一类内部还要逐条核对意向表,不能只数完人数就收工——这正是本题  路口那一类里"丙丁"要被排除的原因。

例 3 (多选)选课走班

某校实行选课走班制度,小李选择了地理、生物、政治这三科,且他可选修的生物课在  层,该校周一上午选课走班的课程安排如下表所示,小李选择三个科目的课各上一节,另外一节上自习,则下列说法正确的是(  )

第一节
第二节
第三节
第四节
地理
地理 1 班
—
地理 2 班
—
生物  层生物  层 1 班生物  层 3 班
—
生物  层 4 班
生物  层
—
生物  层 1 班生物  层 2 班
—
政治
政治 1 班
—
政治 2 班
政治 3 班

A、小李有 4 种选课方式              B、小李有 5 种选课方式 

C、自习不可能安排在第 2 节       D、自习可安排在四节课中的任一节 

解析。 题目里最硬的条件是"生物只能选  层",而生物  层只在第二、三节开课——于是按生物放第几节分类。

  • 生物放第二节:地理可选第一节或第三节( 种)。剩下两节要放政治和自习: 
    • 地理第一节 → 剩第三、四节,政治可选政治 2 班(第三节)或政治 3 班(第四节),自习占另一节, 种;
    • 地理第三节 → 剩第一、四节,政治可选政治 1 班(第一节)或政治 3 班(第四节),自习占另一节, 种。 共  种,此时自习可在第一、三、四节。
  • 生物放第三节:地理只能第一节,政治只能第四节(政治 1 班在第一节已被地理占、政治 2 班在第三节已被生物占),自习只能第二节, 种。

共  种,且四节课都出现过自习(第一节、第三节、第四节来自第一类,第二节来自第二类)。选 BD。

图4 例3:课表里能走通的那几条路

评注:题干很长,但要抓的只有一句——"生物在  层"。分类标准 = 题中最受限制的那个东西的可能状态,这句话在这道题上最直观。另外,多选题的四个选项是"两问":一问方式数、一问自习的位置,所以算完 5 种以后还要顺手记下每种里自习落在第几节。

组二 分步乘法:先想清楚"谁选谁"

例 4 六个人报三个项目

有 6 名同学报名参加三个智力竞赛项目,在下列情况下各有多少种不同的报名方法?(6 名同学不一定都参加)

(1)每人恰好参加一项,每项人数不限; 

(2)每项限报一人,且每人至多参加一项; 

(3)每项限报一人,但每人参加的项目不限。

解析。 三问的差别全在"谁选谁"。

  • (1)每人恰好参加一项——人选项目:每个人从 3 个项目里挑 1 个,各有  种;6 个人依次选定,由分步乘法计数原理得 。
  • (2)每项限报一人,每人至多一项——项目选人,且人不能重复:第一个项目从 6 人中选  个,第二个从剩下 5 人中选,第三个从剩下 4 人中选,得 。
  • (3)每项限报一人,但每人参加项目不限——项目选人,人可重复:每个项目都从 6 人中选  个,三个项目依次选,得 。
图5 例4:人选项目与项目选人,三问三个答案

评注:这是一道纯概念辨析题,值得把三句话反复念几遍。(1)是"人选项目,项目可以没人参加";(2)是"项目选人,每人至多一个项目";(3)是"项目选人,同一个人可以被多个项目选中"。主语一换,指数就换了底: 与  差了三倍多,就是这个道理。

例 5 七天值班

在国庆长假期间,要从 7 人中选若干人在 7 天假期值班(每天只需 1 人值班),不出现同一人连续值班 2 天的情况,有多少种安排方法?

解析。 按天分步:

第 1 天无任何限制, 种;第 2 天只要不和第 1 天同一人, 种;第 3 天只要不和第 2 天同一人, 种;……一直到第 7 天,都是  种。

(注意:第 3 天可以和第 1 天同一人,题目只禁止"连续两天",所以每一步的可选人数都稳定是 ,可以直接乘。)

由分步乘法计数原理, 种。

图6 例5:七天值班,第一天特殊、后面每天六选一

评注:这道题最大的诱惑是"按有几个人参与值班分类"——一旦这么分,同一个人会同时属于好几个类,分类立刻失效(既不独立,又重复)。判据很简单:分完的每一类里,随便挑一种方法,能不能单独把"排完 7 天班"这件事做完? 不能。所以这是分步,不是分类。

例 6 不同行不同列地选人

在某次活动中,有 30 个人排成 6 行 5 列,现要从中选出 3 人分别进行唱歌、跳舞和杂技三项不同的表演,要求这 3 人中的任意 2 人不同行也不同列,则不同的选法有 ______ 种。

解析。 三项表演各不相同,所以选出来的人有顺序(谁唱歌、谁跳舞、谁杂技),按"表演项目"分步:

  • 唱歌:30 人中任选, 种;选完后这一行这一列不能再选,剩下  行  列共  人;
  • 跳舞:从剩下的  人中选, 种;再划掉一行一列,剩下  行  列共  人;
  • 杂技:从剩下的  人中选, 种。

由分步乘法计数原理, 种。

图7 例6:不同行不同列,选一次划掉一行一列

评注:每一步"划掉一行一列"是关键动作,它保证了下一步的可选人数与前面怎么选无关(恒为 、恒为 ),所以可以直接连乘。凡是"下一步的方法数不依赖前面的具体选择"的题,都可以放心地乘——这条经验要记住,例 7 会给出反面情形。

组三 两个原理一起用:整体分步,局部归类

例 7 限行日的拼车方案

甲与其四位同事各有一辆私家车,车牌尾数分别是 。为遵守当地某月 5 日至 9 日这 5 天的限行规定(奇数日车牌尾数为奇数的车通行,偶数日车牌尾数为偶数的车通行),五人商议拼车出行,每天任选一辆符合规定的车。若甲的车最多只能用一天,则不同的用车方案有(  )

A、 种        B、 种        C、 种        D、 种 

解析。 5 日至 9 日是 ,其中奇数日 3 天、偶数日 2 天。甲的车尾数是 (偶数),只能偶数日通行,且最多用一天。

第一步:安排奇数日。 甲的车不能上路,每天只能从尾数  两辆车中选,共  种。

第二步:安排偶数日,这里要分类——因为"甲的车用不用"会影响后面每天的选择数:

  • 用甲的车  天:先选哪一天( 种),另一天从另外两辆偶数车中选( 种),共  种;
  • 不用甲的车:每天从另外两辆偶数车中选,共  种。

偶数日共  种。由分步乘法计数原理, 种。选 D。

变式:若甲的车牌尾数为 ,四位同事的车牌尾数分别为 ,其他条件不变,则不同的用车方案有多少种?

这一次甲的车(奇数尾)只能在奇数日通行:

  • 偶数日:甲的车不能上路,每天  种, 种;
  • 奇数日:用甲的车  天(先选哪天  种,其余两天各  种,共  种),或不用甲的车( 种),共  种。

总数为  种。

图8 例7:先安排甲的车能通行的那几天

评注:两道题的第一步都是先安排甲的车不能通行的那些天——因为这些天的方法数干干净净,可以直接乘;把"甲的车最多一天"这个麻烦集中到少数几天里再分类,分类数就从"五天里选一天"降到了"两天里选一天"。这就是"先处理最受限制的元素"的实惠:它直接减少后面要分的类。

例 8 把球放进四个盒子

将 2 个相同的红球和 2 个相同的黑球全部放入甲、乙、丙、丁 4 个盒子,其中甲、乙盒子均最多可放 2 个球,丙、丁盒子均最多可放 1 个球。

(1)若不同颜色的球不能放入同一个盒子里,则共有多少种不同的方法? 

(2)若相同颜色的球不能放入同一个盒子里,则共有多少种不同的方法?

解析。 两问都以"甲盒放几个球"为分类依据(放  个、 个、 个三类),逐类往下数。

(1)不同颜色不能同盒,即每个盒子里只能放一种颜色。

  • 甲放 2 个:必为 2 红或 2 黑( 种)。剩下 2 个同色球:都放乙( 种)、1 个放乙另 1 个放丙或丁( 种)、丙丁各 1 个( 种),共  种。此类  种。
  • 甲放 1 个:颜色可为红或黑( 种)。设甲放红,剩下 1 红 2 黑: 
    • 乙放 2 黑,剩 1 红放丙或丁 →  种;
    • 乙放 1 红(与甲同色),剩 2 黑只能丙丁各 1 →  种;
    • 乙放 1 黑,剩 1 红 1 黑放丙丁 →  种。 共  种,此类  种。
  • 甲放 0 个:4 个球全放乙、丙、丁,乙必须放 2 个同色,丙丁各放 1 个另一色,共  种。

合计  种。

(2)相同颜色不能同盒,即每个盒子里最多 1 红 1 黑。

  • 甲放 2 个:必为 1 红 1 黑(只有  种组合)。剩 1 红 1 黑放乙丙丁:都放乙( 种)、1 个放乙另 1 个放丙或丁( 种)、丙丁各 1 个( 种),共  种。
  • 甲放 1 个:颜色  种。设甲放红,剩 1 红 2 黑: 
    • 乙放 1 红 1 黑,剩 1 黑放丙或丁 →  种;
    • 乙放 1 红,剩 2 黑只能丙丁各 1 →  种;
    • 乙放 1 黑,剩 1 红 1 黑放丙丁 →  种。 共  种,此类  种。
  • 甲放 0 个:乙必须放 1 红 1 黑,丙丁各放 1 个且异色,共  种。

合计  种。

图9 例8:四个盒子两种容量、两条禁令

评注:这类题唯一的防御手段是固定一个盒子作分类依据,把它"放几个"的所有情况列全(2 个、1 个、0 个),再逐类走到底。漏掉"甲盒放 0 个"这一类是最常见的失分点。另外注意两问的禁令正好相反:(1)每盒单色,(2)每盒至多一红一黑——读题时把禁令翻译成"盒子里允许什么",比硬记原话可靠。

例 9 四个老师不在本班监考

有 4 人分别在同一个年级的 4 个班中担任数学老师,在数学测试时要求每位老师不能在本班监考,则监考的方法有(  )

A、 种        B、 种        C、 种        D、 种 

解析。 设 4 个班为 ,任课老师分别为 ,要求  不去 、 不去 、 不去 、 不去 。以"谁去  班"分类(、、 三种),每一类里把剩下三人往  上排:

  •  班由  监考:剩  去 ,且  不去 、 不去 ,合法的有 共  种;
  •  班由  监考:剩 ,且  不去 、 不去 ,合法的有 共  种;
  •  班由  监考:剩 ,且  不去 、 不去 ,合法的有 共  种。

由分类加法计数原理, 种。选 B。

(这就是有名的"错排": 时 。用公式算:。)

图10 例9:四个老师不在本班,画树状图九个分支

评注:数据很小、关系式讲不清,那就画树状图。树状图的每一层就是一步、每一个分叉就是一类,画完自然知道哪里加哪里乘。这一技巧在第 2 讲之后还会专门强化。

例 10 给四棱锥的顶点染色

如图,将四棱锥  的每一个顶点染上一种颜色,并使同一条棱上的 2 个端点异色。如果只有 5 种颜色可供使用,求不同染色的方法总数。

解析(方法一:按三角形  打底)。

 两两相邻(、 都是棱, 是底面边),所以它们颜色互不相同,有  种。

固定  的颜色分别为 。此时  与 、 相邻,,故 :

  • (与  同色): 与 、、 相邻,, 种;
  • :,, 种;
  • :,, 种。

故  有  种。由分步乘法计数原理, 种。

解析(方法二:按  与  是否同色分类)。

先染 ( 种)、( 种)、( 种),再染 :

  •  与  同色: 只有  种选法, 与  相邻,有  种,共  种;
  •  与  不同色: 与  也不同色,故  有  种; 与  相邻,有  种,共  种。

由分类加法计数原理, 种。

解析(方法三:按用了几种颜色分类)。

  • 5 种颜色全用:五个顶点颜色全不同, 种;
  • 只用 4 种颜色:必有两个不相邻的顶点同色,只能是  与  同色或  与  同色,各  种,共  种;
  • 只用 3 种颜色: 与  同色且  与  同色,有  种。

合计  种。

图11 例10:四棱锥染色,三条路都是 420

评注:方法一靠图形结构简单(三角形两两相连)才好用,图形一复杂就不灵了。方法二与方法三是染色问题的两条通用路:路径法(主体分步、遇依赖就分类)与用色数法(主体分类、类内分步)。两条路算出同一个 420,才算真的放心。

🧭 思维显微镜

问 1:怎么一眼分清"分类"还是"分步"?

只问一句:这一步(这一类)走完,那件事做完了没有? 做完了 → 它与别的方法是"或者"的关系 → 加法;没做完 → 它是"然后"的一环 → 乘法。例 5 里"安排第 2 天值班"显然没做完(还有 5 天没安排),所以是分步;例 2 里"A 路口站 2 人"这一旦定下来,配合其内部的排法就构成一整个方案,所以是分类。

问 2:分类标准到底怎么找?

三个固定抓手,按优先级往下试:① 题中最受限制的元素有哪些状态(例 3 的生物课、例 7 的甲的车);② "多出来的那一个落在哪儿"(例 2 的 2 人路口、例 8 的甲盒);③ 关键元素的度数/个数(例 1 的岛 )。三条都试不出来,说明这道题多半是分步题。

问 3:"谁选谁"怎么判断?

看结果的形式。如果最后得到的是"每个  各自对应一个 ",那就是  选 ,每个  有  种,乘  次。例 4(1)每人选项目 → ;(3)每个项目选人 → 。把"每人"/"每项"圈出来读一遍,主语就是选的那个。

问 4:什么时候不能连乘?

当下一步的可选数依赖上一步的具体选择时。例 6 里每一步都稳定(划掉一行一列,恒剩 20、12),可以放心乘;例 7 的偶数日里,第二天还能不能选甲的车取决于第一天用没用,这就必须先分成"用甲的车"与"不用"两类,各自乘完再相加。一句话:乘法要求"步与步之间没有纠缠",有纠缠就先分类。

问 5:什么时候该放弃列式、改画树状图?

满足两条就该画:① 数字很小(答案在两位数以内);② 约束是"某人不对应某位"这类否定式条件,很难写成乘积。例 9 的错排就是典型。树状图的另一个好处是它是"分类——分步"交替的产物,画完一遍,哪里该加哪里该乘自然就清楚了。

🎒 本讲带走

题面长什么样
第一句要问的
关键动作
若干方案并列
每一类能不能单独做完这件事
能 → 加法;标准取自最受限制的元素
一件事分几步
谁选谁
主语是"每人"还是"每项",决定指数的底
有人/物"至多""至少"
它受限制在哪一步
先安排不受限的那些步,把麻烦集中到少数几步再分类
数据小、条件是否定式
能不能画出来
画树状图,一层一步、一分叉一类
相邻区域异色
先染谁、或用了几种色
路径法与用色数法各算一遍,互相对答案
图12 本讲速查卡

📚 选题说明

  1. 原书 10 道例题全取,按原书顺序编为 1–10,解析与评注全部重写;十例按"两条原理怎么用"重新分三组:例 1、2、3 练分类(标准取自元素状态 / 多出来的那个 / 最硬的条件),例 4、5、6 练分步(谁选谁 / 何时不能连乘),例 7、8、9、10 练两个原理合用(整体分步·局部归类 / 固定盒子分类 / 树状图 / 染色两条路)。

  2. 例 1 补了"树与链"这一步翻译。 原书只按"岛  连几座桥"分类后逐一列举 12 种;本讲先把"3 座桥连通 4 个岛、每岛至多 2 座桥"翻成图论语言(边数 = 点数  树;度数不超过 2  链),于是方案数一眼是 ,分类列举退居为验证。

  3. 例 4 补了"谁选谁"这条判据。 原书三问的解析只说"每人都可以从三个项目中选报一项",没有点破为什么(1)是  而(3)是 。本讲把它提炼成一句:看结果的形式——"每人选项目"还是"每项选人",主语一换,指数的底就换。

  4. 例 7 补了"先安排不受限的那几天"这条通用原则。 原书直接"第一步安排奇数日、第二步安排偶数日",读者不容易看出第一步为什么挑奇数日。本讲点明:甲的车在奇数日根本不能上路,那些天的方法数干净可乘;把"最多一天"的限制挤到剩下的两天里再分类,需要分的类数最少。变式(甲牌尾数 )一并保留,用来说明这条原则在奇偶互换时同样成立。

  5. 例 8 补了"固定一个盒子作分类依据"这一招。 原书两问都是以甲盒所放球数分类,但没有交代为什么挑甲盒、怎么保证不漏。本讲明确:分类依据固定为一个盒子的"放 2 个 / 1 个 / 0 个",三类列全再逐类走到底;并特别提示"甲盒放 0 个"这一类最容易被漏掉。

  6. 例 9 补了错排公式作为交叉验证。 原书只画树状图数出 9 种;本讲在末尾补上 ,两条路对上才算数到。

  7. 一处笔误订正。 原书例 7 解析在"不安排甲的车"那一类里写"每天都有  种选择,共有  种",偶数日只有  天,应为 (结果  是对的,指数写错)。本讲正文按  书写。

  8. 练一练 10 题:第 1–5 题取自原书"基础过关"1–5,第 6–9 题取自"综合练习"6、7、9、13,第 10 题取自"拓广提升"15,按原书顺序重编为 1–10。原书第 8、10、11 题(网络信息量、算盘拨珠、正六边形螺栓)与第 16 题(正十五边形钝角三角形)都需要原题配图,第 12 题(哈希算法)与第 14 题(正因数个数、"好数"、 的倍数)属于数论技巧专题,本讲未收,留作后续讲次或自主练习。其中第 5、7 题的图形条件已改写为文字描述(第 5 题写明五块积木的相邻关系,第 7 题写明九宫格"中间格  个、十字格  个、四角格  个"的结构),便于脱离原图作答。

✍️ 练一练

1. 用  三个数字组成一个四位数,规定这三个数必须全部使用,且相同数字不能相邻,这样的四位数有(  )

A、 个        B、 个        C、 个        D、 个 

2. 三人踢毽子,互相传递,每人每次只能踢一下。由甲开始踢,经过 4 次传递后,毽子又被踢回甲,则不同的传递方式有(  )

A、 种       B、 种        C、 种        D、 种 

3. 某彩票玩法规定:从  至  共  个号中抽出  个号,由小到大排列为一注,每注  元。某人想从  至  中选  个连续的号,从  至  中选  个连续的号,从  至  中选  个号,从  至  中选  个号,组成一注,若这个人把这种特殊要求的号买全(每组号买一注),则需要(  )

A、 元       B、 元       C、 元       D、 元 

4. 从  这九个数字中任取两个,其中一个作为底数,另一个作为真数,则可以得到的不同对数值有(  )

A、 个        B、 个        C、 个        D、 个 

5. 积木拼盘由  块积木  组成,其中  与 、 与 、 与 、 与 、 与  相邻(其余各对均不相邻)。若每块积木都要染  种颜色,且相邻的区域需染不同的颜色,现有  种不同的颜色可供挑选,则不同的染色方法有 ______ 种。

6. 过三棱柱中任意两个顶点作直线,在这些直线中,构成异面直线的有(  )

A、 对        B、 对        C、 对         D、 对 

7. 九宫格火锅把锅面分成"中间格" 个、"十字格" 个、"四角格" 个(同类格子不区分位置)。现有  种不同食物(量足够),其中  种适合放入"中间格", 种适合放入"十字格", 种适合放入"四角格"。现将九宫格全部放入食物,且每格只放  种。若可以同时吃到这  种食物(不考虑位置),则不同的放法有(  )

A、 种        B、 种         C、 种         D、 种 

8.(多选) 名同学在毕业聚会活动中交换纪念品,任意  名同学之间最多交换  次,进行交换的  名同学互赠  份纪念品。已知  名同学之间共进行了  次交换,则收到  份纪念品的同学可能有(  )

A、 人       B、 人         C、 人         D、 人 

9. 从  中任取  个不同的数,作为抛物线  的系数,如果抛物线经过原点,且顶点在第一象限,则这样的抛物线共有 ______ 条。

10.(多选) 五只猴子甲、乙、丙、丁、戊在一棵枯树上玩耍,假设它们均不慎失足下落,已知:甲依次撞击树枝 ;乙依次撞击 ;丙依次撞击 ;丁依次撞击 ;戊依次撞击 。下列结论正确的是(  )

A、最高处的树枝为  当中的一根 

B、最低处的树枝一定是 

C、这九根树枝从高到低不同的顺序共有  种 

D、这九根树枝从高到低不同的顺序共有  种 

🔑 参考答案

1.B。 分三步:① 确定哪一个数字被用了  次, 种;② 把这两个相同的数字放进四位数中不相邻的两个位置,位置对为 、、,共  种;③ 余下两个数字排在余下两个位置, 种。故  个。

2.C。 记传递序列为 甲 甲,相邻两人不得相同。若  乙,则  可为 (甲,乙)、(甲,丙)、(丙,乙),共  种;同理  丙也有  种。故  种。

3.D。 至  中选  个连续号有  种, 至  中选  个连续号有  种, 至  中选  个有  种, 至  中选  个有  种,由分步乘法计数原理得  注,需  元。

4.C。 以  为真数时,对数值恒为 ,贡献  个值;真数与底数都从  中取且互不相同,共  个对数,其中 、、、 这  对重复。故不同对数值为  个。

5.。 按  的顺序染: 有  种; 与  相邻, 种; 与  都相邻, 种; 只与  相邻, 种; 只与  相邻, 种。故  种。

6.C。 三棱柱  个顶点共  条直线,逐条配对判断是否异面(共面即相交或平行):异面直线共  对。

7.C。 "中间格"只能放那  种;"十字格"  格要容纳  种且同类格子不分位置,只需定哪一种占  格, 种;"四角格"  格容纳  种,可以是  分配(选哪一种占  格, 种)或  分配( 种),共  种。故  种。

8.BD。 人两两全交换共  次,实际  次,说明恰有  次交换没发生(相当于完全图中少了  条边)。若这两条边共端点(如 、),则  各少收  份,收到  份的是  人;若这两条边不共端点(如 、),则  各少收  份,收到  份的是  人。

9.。 过原点 ( 种);顶点  在第一象限,由  得纵坐标为 ,横坐标  且 。故  有  种、 有  种、 有  种,共  条。

10.AC。 由条件得偏序 、、、(""表示更高)。入度为  的只有 ,故最高的必是  或 ,A 对;出度为  的有 ,最低的不一定是 ,B 错。按此偏序拓扑计数(先定  的位置,再定  的位置)得  种,C 对、D 错。

💡 金句

计数这一章从头到尾只有两条原理,难的不是记"分类用加法、分步用乘法",而是看清题目说的那件事到底是什么。

做完这一步,事情做完了没有——这一问,就把加法和乘法分开了。

共同奔赴,下期见。

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