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2.3 排列数性质

计数原理与二项式定理 · 高二
讲清楚它是什么

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”。
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练一道
基础题
计算 $A_6^3$。
变式
已知 $A_n^3 = 6 A_n^2$,求 $n$。
试试手自己判
检测题
若 $A_n^4 = 12 A_n^2$,求 $n$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$n = 6$。
判对标准:
1. 列出方程 $\frac{n!}{(n-4)!} = 12 \frac{n!}{(n-2)!}$。
2. 化简得 $(n-2)(n-3) = 12$。
3. 解得 $n^2 - 5n + 6 = 12 \Rightarrow n^2 - 5n - 6 = 0$。
4. 解得 $n = 6$ 或 $n = -1$(舍去)。
5. 最终答案 $n=6$。
若学生只写出 $n=6$ 但过程缺失,给一半分;若过程完整且检验 $n \ge 4$,给满分。
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