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3. 组合

概率与统计 · 高三
讲清楚它是什么

定义 从 $n$ 个不同元素中取出 $m$ 个元素($m \le n$)的所有不同取法的总数,记为 $C_n^m$。

从哪来 本知识点是高三第1讲的起点,不依赖图谱中记录的前置知识点,直接基于集合论中“子集”的概念及加法原理、乘法原理构建。

为什么 组合的核心在于“无序”。若取出的元素有顺序,则是排列;若没有顺序,则是组合。 以从 $\{A, B, C\}$ 中取2个为例: 1. 排列视角:$AB$ 和 $BA$ 是两种不同的结果(有序),共 $3 \times 2 = 6$ 种。 2. 组合视角:$\{A, B\}$ 和 $\{B, A\}$ 是同一个集合(无序),只算1种。 因为每一种组合对应 $m!$ 种排列(即 $m$ 个元素的全排列),所以组合数等于排列数除以 $m!$。这消除了因元素位置不同而产生的重复计数,体现了“只选不排”的本质。

生活实例法
适合直观思维强、对抽象公式恐惧的学生。 操作:拿出3张不同颜色的卡片(红、黄、蓝),让学生从中选2张放在手里。 - 问:先拿红再拿黄,和先拿黄再拿红,手里的卡片组合一样吗?(一样) - 问:那这两种情况算一种还是两种?(一种) - 引导:我们只关心“手里有什么”,不关心“谁先拿”。这就是组合。 - 列举所有情况:红黄、红蓝、黄蓝。共3种。 - 对比:如果关心顺序(比如排队),红黄和黄红就是两种。 结论:组合就是“打包”,不管顺序。
公式推导法
适合逻辑严密、喜欢探究原理的学生。 操作: 1. 先复习排列公式 $A_n^m = \frac{n!}{(n-m)!}$。 2. 提问:$A_n^m$ 计算的是什么?(有序选取) 3. 提问:$C_n^m$ 计算的是什么?(无序选取) 4. 建立联系:对于任意一组选出的 $m$ 个元素,它们内部可以有多少种排列方式?($m!$ 种) 5. 推导:$A_n^m = C_n^m \times m!$。 6. 得出:$C_n^m = \frac{A_n^m}{m!} = \frac{n!}{m!(n-m)!}$。 结论:组合数是排列数除以内部排列数,即“去重”。
对称性记忆法
适合记忆力好、喜欢技巧的学生。 操作: 1. 强调公式 $C_n^m = C_n^{n-m}$。 2. 解释:从 $n$ 个人里选 $m$ 个人去干活,等价于从 $n$ 个人里选 $n-m$ 个人休息。 3. 举例:$C_{10}^8$ 很难算,但 $C_{10}^2$ 很好算。 4. 技巧:计算时,看 $m$ 和 $n-m$ 哪个小,就用哪个做分子上的连乘项数。 结论:利用对称性简化计算,降低运算错误率。
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练一道
基础题
从5本不同的书中选出3本送给同学,有多少种选法?
变式
从5名男生和4名女生中选出3人参加座谈会,要求其中至少有1名女生,有多少种选法?
试试手自己判
检测题
从10个不同的球中取出3个球,放入一个不区分颜色的袋子里,有多少种不同的取法?
看答案和判分标准
答案:$C_{10}^3 = \frac{10 \times 9 \times 8}{3 \times 2 \times 1} = 120$
判对标准:
1. 学生能识别出这是组合问题(因为袋子不区分颜色,即球放入袋中后无顺序之分)。
2. 正确列出公式 $C_{10}^3$ 或等价形式。
3. 计算结果为120。
若学生使用 $A_{10}^3$ 计算,则判定为未掌握“有序/无序”的区别。
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