定义 排列数 $A_n^m$ 满足 $A_n^m = \frac{n!}{(n-m)!}$,且 $A_n^n = n!$,$A_n^0 = 1$。
从哪来 本节为高二数学第1讲起点,无前置知识点记录,直接基于排列的定义与计数原理构建。
为什么 排列数本质是“从 $n$ 个不同元素中取 $m$ 个进行有序排列”的方案总数。
1. 乘法原理推导:第一个位置有 $n$ 种选法,第二个有 $n-1$ 种……第 $m$ 个有 $n-m+1$ 种。故 $A_n^m = n(n-1)\cdots(n-m+1)$。
2. 阶乘化简:分子分母同乘 $(n-m)!$,得 $\frac{n!}{(n-m)!}$。
3. 特殊值逻辑:$A_n^0$ 表示取 0 个元素,只有“不取”这一种状态,故为 1;$A_n^n$ 即全排列,等于 $n!$。
讲法
适合:逻辑推导型、喜欢探究本质的学生
从“填空位”模型入手。
1. 设 $n=5, m=3$,画三个空位。
2. 问:第一个空位能填几个数?(5个)
3. 问:第二个空位能填几个数?(4个,因为不能用第一个)
4. 问:第三个空位能填几个数?(3个)
5. 引导得出 $5 \times 4 \times 3$。
6. 追问:如果写成阶乘形式,$5 \times 4 \times 3$ 怎么变成 $\frac{5!}{2!}$?
7. 总结:$A_n^m$ 就是 $n$ 开始往下乘 $m$ 个数。
适合:记忆型、偏好公式套用的学生**
直接给出“除法公式”和“乘法公式”两个工具,强调适用场景。
1. **乘法公式
$A_n^m = n(n-1)\cdots(n-m+1)$。
- 适用:$m$ 较小(如 $m \le 5$),直接连乘计算快。
2.
除法公式:$A_n^m = \frac{n!}{(n-m)!}$。
- 适用:$m$ 较大,或需要与组合数 $C_n^m$ 进行代数变形时。
3. 强调:$A_n^m$ 与 $C_n^m$ 的区别在于是否“有序”。排列看顺序,组合不看顺序。
讲法
适合:视觉型、需要直观理解的学生
用“排队”类比。
1. 5个人站成一排,前3个位置怎么站?
2. 第1个位置:5人任选1人(5种)。
3. 第2个位置:剩下4人任选1人(4种)。
4. 第3个位置:剩下3人任选1人(3种)。
5. 总方案:$5 \times 4 \times 3 = 60$。
6. 对比:如果是5个人全排,就是 $5 \times 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 120$。
7. 结论:$A_5^3$ 是 $A_5^5$ 的一部分,相当于把后两个位置“锁死”或“忽略”。