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3.2 组合数

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 $m$ 个元素的所有不同取法种数,记作 $C_n^m$。

从哪来 本节为高二排列组合起点,无前置知识点记录,直接基于集合论中“子集”与“计数原理”的基本概念构建。

为什么 组合数本质是“无序选择”的计数。若先考虑顺序(排列 $A_n^m$),由于选出的 $m$ 个元素内部存在 $m!$ 种排列方式,而组合不区分顺序,故需除以 $m!$ 去重。即 $C_n^m = \frac{A_n^m}{m!} = \frac{n(n-1)\cdots(n-m+1)}{m!}$,这解释了为何分母是 $m!$ 而非 $n!$。

讲法
适合:逻辑抽象能力强、喜欢推导公式的学生 从排列公式出发,强调“有序”与“无序”的区别。先计算 $A_n^m$,再指出其中包含了 $m!$ 种重复的排列顺序,通过除法消除顺序影响。重点讲解公式推导过程,强化代数变形能力。
讲法
适合:形象思维强、对抽象公式感到困难的学生 使用“握手模型”或“选代表模型”。例如:5人小组选2人代表,列举所有可能(AB, AC...),发现AB和BA是同一种选法。通过具体列举让学生直观感受“顺序无关”,再引入符号 $C_n^m$ 作为简写,强调“只选不排”。
讲法
适合:计算能力较弱、容易混淆排列与组合的学生 采用“决策树”简化法。强调组合数计算时只需关注“分子连乘”和“分母阶乘”的对应关系。提供口诀:“分子从 $n$ 开始连乘 $m$ 项,分母从 $1$ 开始连乘 $m$ 项”,并配合计算器或简化步骤(如约分)降低计算负担,重点训练识别 $n$ 和 $m$ 的取值。
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练一道
基础题
计算 $C_5^2$ 的值。
变式
从 10 本不同的书中选出 3 本送给朋友,有多少种选法?
试试手自己判
检测题
判断下列计算是否正确,若错误请改正:$C_4^2 = \frac{4 \times 3}{2} = 6$。
看答案和判分标准
答案:正确。
判对标准:
1. 学生能识别出 $n=4, m=2$。
2. 分子正确写出 $4 \times 3$(两项)。
3. 分母正确写出 $2 \times 1$(或简写为 2)。
4. 最终结果计算为 6。
若学生写成 $C_4^2 = \frac{4!}{2!} = 12$ 或 $C_4^2 = 4 \times 2 = 8$ 均判错。
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