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3.4 组合数的计算

计数原理与二项式定理 · 高二
讲清楚它是什么

定义 从 $n$ 个不同元素中取出 $m$ 个元素的所有不同组合的个数,记作 $C_n^m$ 或 $\binom{n}{m}$。

从哪来 本知识点为高二排列组合章节的起点,不依赖图谱中记录的前置知识点,直接基于集合论基础及乘法原理构建。

为什么 组合数本质是“无序选取”的计数。若先按顺序排列 $m$ 个元素,有 $A_n^m$ 种方法;但组合不区分顺序,因此每组被重复计算了 $m!$ 次(即 $m$ 个元素的全排列数)。故需除以 $m!$ 消除顺序影响,得到 $C_n^m = \frac{A_n^m}{m!} = \frac{n!}{m!(n-m)!}$。

讲法
适合:直观型、喜欢动手操作的学生 使用“握手问题”引入:班级 $n$ 人两两握手,总握手次数是多少?若按顺序数,第1人握 $n-1$ 次,第2人握 $n-2$ 次……但每次握手被两人各数一次,故总数为 $\frac{n(n-1)}{2}$。类比到从 $n$ 人中选2人,即 $C_n^2$。强调“选出来”而非“排出来”,用实物(如扑克牌、球)演示选取过程,强化“无序”概念。
讲法
适合:逻辑型、擅长代数推导的学生 从排列数公式出发,严格推导:$A_n^m = n(n-1)\cdots(n-m+1)$。指出组合是排列的“去序”版本,每组组合对应 $m!$ 种排列。通过等式 $C_n^m \cdot m! = A_n^m$ 反解出组合数公式。强调数学结构的对称性与除法消序的逻辑必然性。
讲法
适合:应用导向、喜欢实际场景的学生 以“组队”为例:从10名队员中选3人组成篮球队,有多少种选法?若考虑位置(前锋、中锋、后卫),则是排列 $A_{10}^3$;若不考虑位置,仅看谁入选,则是组合 $C_{10}^3$。对比两种情境,突出“是否区分顺序”是区分排列与组合的核心判据,再引入公式计算。
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练一道
基础题
计算 $C_5^2$。
变式
已知 $C_n^3 = C_n^5$,求 $C_n^2$ 的值。
试试手自己判
检测题
从6本不同的书中选出2本送给甲、乙两人(每人1本,不区分谁得哪本),有多少种选法?
看答案和判分标准
答案:$C_6^2 = \frac{6 \times 5}{2} = 15$。
判对标准:
学生若答15且过程体现“无序选取”或正确应用组合公式,判对;若答30(即 $A_6^2$)或15但过程含“排列”“顺序”等错误表述,判错。
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