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附加数学 · 排列与组合

有必选成员的选取

普通的 nCr 很简单,但“至少两名女生”或“必须包括阿里”就全变了。

选取的时候次序不重要,所以用 nCr。多出来的功夫在条件上:某人必须在内,某人必须在外,或者小组里某一类至少要有几个。

这一课接在有限制条件的排列之后,属于排列与组合这一章。

必选或除外的人怎么处理?

必选的人占掉一个名额,所以 n 和 r 各减 1。从 9 位同学里选 5 位,阿里必须入选,就是从其余 8 人里选 4 人:8C4 = 70。

除外的人只让 n 变小。从 9 位同学里选 5 位,阿里不参加,就是从 8 人里选 5 人:8C5 = 56。

例题:至少两名女生

从 5 名男生和 4 名女生中选出 5 人组成一队,队中至少有 2 名女生。有多少种选法?

方法一:分情况。 列出女生人数的各种可能,再相加。

女生 男生 选法
2 3 4C2 × 5C3 = 6 × 10 = 60
3 2 4C3 × 5C2 = 4 × 10 = 40
4 1 4C4 × 5C1 = 1 × 5 = 5

总数是 60 + 40 + 5 = 105。

方法二:补集。 全部的队伍:9C5 = 126。女生少于 2 名的队伍:0 名女生有 1 种,1 名女生有 4 × 5C4 = 4 × 5 = 20 种,合共 21 种不要的。

126 − 21 = 105。两种方法得到同样的答案,可以确认结果。

最容易丢分的地方

最诱人的捷径是先选 2 名女生,再从剩下的 7 人里任选 3 人:4C2 × 7C3 = 6 × 35 = 210。看起来很整齐,但答案是真实数目的两倍。

原因是:一支有 3 名女生的队伍,可以由好几种不同的“先选的 2 名女生”得到。下一课会详细解释这种重复计算。

自己试试

从 3 位老师和 4 位学生中选出 4 人组成委员会,其中至少有 1 位老师。有多少种委员会?

答案

用补集。全部委员会:7C4 = 35。

没有老师的委员会:4 人全是学生,4C4 = 1。

答案是 35 − 1 = 34。

用分情况核对:1 位老师有 3 × 4C3 = 12,2 位老师有 3C2 × 4C2 = 18,3 位老师有 1 × 4C1 = 4。合计 12 + 18 + 4 = 34。

下一步学什么

接着学分辨重复计算与漏算,了解上面那个捷径为什么不行,以及怎样检验任何一个计数结果。应用题结构工作表 (英文)可以帮你标出必选和除外的成员。

如果“至少”的题是你失分的地方,可以了解附加数学一对一线上补习。

常见问题

某个人必须入选,怎样数?

先把这个人放进小组,再从其余的人里选出剩下的名额。从 9 人里选 5 人,其中一人必选,就是从另外 8 人里再选 4 人。

某个人必须除外,怎样数?

把这个人从人选里拿走,再从剩下的人里选。从 9 人里选 5 人,其中一人不参加,就是从 8 人里选 5 人。

计数题里的“至少”是什么意思?

意思是这个数目或更多。“至少 2 名女生”包括 2、3、4 名,一直到可选的最多人数,所以要逐一列出这些情况,或改用补集。

什么时候用补集比较好?

不要的情况比要的情况少的时候。“至少 1 个”通常是全部减去“一个也没有”的情况。

“至少”的题有两种方法都行。一对一补习的老师可以教学生什么题用哪种,并让他用另一种方法验算。

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