排列組合之插板法及變形


主要用於“相同元素”分到“不同容器”的排列組合。

【例1】 共有10本相同的書分到7個班里,每個班至少要分到一本書,問有幾種不同分法?

【解析】注意,這里面有個隱含的條件,根據常理,7個班肯定是不同的。如果是書櫃,可能是相同的。

因為書是相同的,可以排成一排,分給7個班,也就是在這一排書中間插入6個板,把書分成7份即可。這排書共10本,中間有9個空,選6個空插板,所以有C(9,6)種分法。

  

【例2】共有10本相同的書分到7個班里,問有幾種不同分法?

【解析】注意這里沒有要求每個班至少要分到一本,如果用插板法,兩個板可以插到同一個空里。顯然用原來的方法不能解決。但思路是一樣的,把書分給7個班,我們還是插6塊板,把書分成7份(如果板中間沒有書,說明這一份是0)。但這個時候空位的數量不一定了,把思路換一下,當插好板以后,書和板一共16個位子,其實就是16個位子選6個位子放板。所以有C(16,6)種分法。

 

【例3】10個相同的球放入編號為1、2、3的盒子內,盒內球數不少於編號數,有幾種不同的放法?

【解析】球數不少於編號數,就是1號盒子最少放1個球,2號盒子最少放2個球...。如果我們先把2號盒子放1個球,2號盒子放1個球,就變成每個盒子至少放一個球了,這時可以用最普通的插板法。答案是C(7,2)。

 

【例4】有10顆相同的糖,每天至少吃1顆,共有幾種吃法?

【解析】注意,此題沒有確定要幾天吃完(例如如果要5天吃完,那么就是9個空插4個板,C(9,4)種),所以可以1天吃完,可以兩天吃完。。。也可以10天吃完。那么就有C(9,0)+C(9,1)+C(9,2)+...+C(9,9)。

此題有一個更簡單的思路,根據上面的分析,10顆糖排成一排,中間有9個空,每個空都可以插板,也可以不插板,插板或不插板各代表一種吃法,所以共有2*2*2...*2(9個2)=2^9種吃法。由此也可以知道,C(9,0)+C(9,1)+C(9,2)+...+C(9,9)=2^9。

 

【例5】一條馬路上有編號為1,2,...,9共9盞路燈。現為了節約用電,需要關掉其中的3盞,但相鄰的兩盞或三盞不能同時關掉,問共有幾種關法?

【解析】關掉的燈不能連在一起,我們可以先把要關掉的燈拿出來,這樣還剩6盞燈,把關掉的燈插入亮燈中間和兩邊共7個共位。所以共有C(7,3)種關法。

 

【例6】一條馬路上有編號為1,2,...,9共9盞路燈。現為了節約用電,需要關掉其中的3盞,但相鄰的兩盞或三盞不能同時關掉,為了安全起見,兩邊的燈不能關掉,問共有幾種關法?

【解析】分析同上,但兩邊空位不能插關掉的燈,共有C(5,3)種關法。

 

捆綁法

【例7】有7語文書,6本數學書,3本英語書排成一排,要求數學書放在一起,英語書也要放在一起,有幾種放法?

【解析】把數學書和英語書各看成一本進行排列,然后再分別對數學書和英語書進行排列,共有p(9,9)*p(6,6)*p(3,3)種放法。

 

【例8】有6個不同的球,放到5個不同的盒子里,每個盒子至少放一個,有幾種放法?

【解析】必定有一個盒子是放兩個球的,先找出兩個球做了一個整體(因為這兩個球放到同一個盒子里,所以不用考慮這兩個球排列問題),有C(6,2)種方法,把這兩個球看成一個整體,和另外4個球合在一起共5個球放在5個不同的盒子里,共有A(5,5)種方法,所以共有C(6,2)*A(5,5)種方法。

 

【例9】停車場有12個停車位,有8輛車要停,要求空車位要連在一起,共有幾種停法?

【解析】還剩4個空車位,要連在一起,共有9種方法(8輛車之間7個空位都可以放連續空車位,首尾兩端也可以,所以有9種方法),然后其余8個車位停8輛車,有P(8,8)種方法。所以共有9*P(8,8)=P(9,9)種方法。

 

【例10】ABCDE五人排隊,A和B不能排在一起,有幾種排法?

【解析】先讓CDE三個排隊,然后A和B插到空位里,共有P(3,3)*P(4,2)=3*P(4,4)。或者用所有的排列減去A和B在一起的排列P(5,5)-P(2,2)*P(4,4)=3*P(4,4)

 

【例11】8個人排隊,要求甲乙兩人排在一起但不能與丙排在一起,有幾種排法?

【解析】先讓其余5人排隊,然后把甲乙看作一個整體,與丙一起插6個空,然后甲乙再排隊,共有P(5,5)*P(6,2)*P(2,2)

 

【例12】 3個人坐在一排8個椅子上,若每個人左右兩邊都有空位,則坐法的種類有多少種?

【解析】每個人先坐好一把椅子,剩下的5把椅子還有4個空位,每個人帶椅子插到空位上,共有P(3,3)*C(4,3)

 


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