第九章 計數(shù)原理與概率
《第九章 計數(shù)原理與概率》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《第九章 計數(shù)原理與概率(20頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、陽光家教網(wǎng) 西安家教 青島家教 鄭州家教 蘇州家教 天津家教 中國最大找家教、做家教平臺 第九章 計數(shù)原理與概率 §9.1 計數(shù)原理 一、知識導學 1.分類計數(shù)原理:完成一件事,有n類辦法,在第1類辦法中,有種不同的方法,在第2類辦法中,有種不同的方法,……在第n類辦法中,有種不同的方法,那么完成這件事共有N=++……+種不同的方法. 2. 分步計數(shù)原理:完成一件事,需要分成n個步驟,做第1步,有種不同的方法,做第2步,有種不同的方法,……做第n步,有種不同的方法,那么完成這件事共有N=××…×種不同的方法. 注:分類計數(shù)原理又稱加法原理 分步計數(shù)原理又稱乘法原
2、理 二、疑難知識導析 1.分類原理中分類的理解:“完成一件事,有n類辦法”這是對完成這件事的所有辦法的一個分類.分類時,首先要根據(jù)問題的特點,確定一個適合它的分類標準,然后在這個標準下進行分類,其次,分類時要注意滿足兩條基本原則:第一,完成這件事的任何一種方法必須屬于某一類;第二,分別屬于不同類的兩種方法是不同的方法.前者保證完成這件事的立法不遺漏,后者保證不重復. 2.分步原理中分步的理解:“完成一件事,需要分成n個步驟”這就是說完成這件事的任何一種方法,都要完成這n個步驟.分步時,首先要根據(jù)問題的特點確定一個可行的分步標準,其次,步驟的設(shè)置要滿足完成這件事必須并且只需連續(xù)完成這n個步
3、驟,這件事才算最終完成. 3.兩個原理的區(qū)別在于一個和分類有關(guān),一個和分步有關(guān).如果完成一件事有n類辦法,這n類辦法彼此之間是相互獨立的,無論哪一類辦法中的哪一個都能單獨完成這件事,求完成這件事的方法種數(shù),就用分類計數(shù)原理.如果完成一件事,需分成n個步驟,缺一不可,即需要依次完成所有的步驟,才能完成這件事,完成每一個步驟各有若干種不同的方法,求完成這件事的方法種數(shù),就用分步計數(shù)原理. 4.在具體解題時,常常見到某個問題中,完成某件事,既有分類,又有分步,僅用一種原理不能解決,這時需要認真分析題意,分清主次,選擇其一作為主線. 5.在有些問題中,還應充分注意到在完成某件事時,具體實踐的可行
4、性.例如:從甲地到乙地 ,要從甲地先乘火車到丙地,再從丙地乘汽車到乙地.那么從甲地到乙地共有多少種不同的走法?這個問題中,必須注意到發(fā)車時刻,所限時間,答案較多. 三、經(jīng)典例題導講 [例1]體育場南側(cè)有4個大門,北側(cè)有3個大門,某學生到該體育場練跑步,則他進出門的方案有 ?。?) A.12 種 B.7種 C.24種 D.49種 錯解:學生進出體育場大門需分兩類,一類從北邊的4個門進,一類從南側(cè)的3個門進,由分類計數(shù)原理,共有7種方案. ∴選B 錯因:沒有審清題意.本題不僅要考慮從哪個門進,還需考慮從哪個門出,應該用分步計數(shù)原理去解題. 正解:學生進
5、門有7種選擇,同樣出門也有7種選擇,由分步計數(shù)原理,該學生的進出門方案有7×7=49種. ∴應選D. [例2]從1,2,3,…,10中選出3個不同的數(shù),使這三個數(shù)構(gòu)成等差數(shù)列,則這樣的數(shù)列共有多少個? 錯解:根據(jù)構(gòu)成的等差數(shù)列的公差,分為公差為1、2、3、4四類.公差為1時,有8個;公差為2時,首先將數(shù)字分成1,3,5,7,9,和2,4,6,8,10兩組,再得到滿足要求的數(shù)列共3+3=6個;公差為3時,有1,4,7和4,7,10和3,6,9以及2,5,8,共4個;公差為4時,只有1,5,9和2,6,10兩個.由分類計數(shù)原理可知,共構(gòu)成了不同的等差數(shù)列8+6+4+2=20個. 錯因:上述解
6、答忽略了1,2,3與3,2,1它們是不同的數(shù)列, 因而導致考慮問題不全面,從而出現(xiàn)漏解. 這需要在解題過程中要全方位、多角度審視問題. 正解:根據(jù)構(gòu)成的等差數(shù)列的公差,分為公差為±1、±2、±3、±4四類.公差為±1時,有8×2=16個;公差為±2時,滿足要求的數(shù)列共6×2=12個;公差為±3時,有4×2=8個;公差為±4時,只有2×2=4個.由分類計數(shù)原理可知,共構(gòu)成了不同的等差數(shù)列16+12+8+4=40個. [例3]三張卡片的正反面分別寫有1和2,3和4,5和6,若將三張卡片并列,可得到幾個不同的三位數(shù)(6不能作9用). 解:解法一 第一步,選數(shù)字.每張卡片有兩個數(shù)字供選擇,故選出
7、3個數(shù)字,共有=8種選法.第二步,排數(shù)字.要排好一個三位數(shù),又要分三步,首先排百位,有3種選擇,由于排出的三位數(shù)各位上的數(shù)字不可能相同,因而排十位時有2種選擇,排個位只有一種選擇.故能排出3×2×1=6個不同的三位數(shù). 由分步計數(shù)原理,共可得到8×6=48個不同的三位數(shù). 解法二:第一步,排百位有6種選擇, 第二步,排十位有4種選擇, 第三步,排個位有2種選擇. 根據(jù)分步計數(shù)原理,共可得到6×4×2=48個不同的三位數(shù). 注:如果6能當作9用,解法1仍可行. [例4]集合A={1,2,3,4},集合B={-1,-2},可建立多少個以A為定義域B為值域的不同函數(shù)?
8、 分析:函數(shù)是特殊的映射,可建立映射模型解決. 解: 從集合A到集合B的映射共有=16個,只有都與-1,或-2對映的兩個映射不符合題意,故以A為定義域B為值域的不同函數(shù)共有16-2=14個. 或 [例5] 用0,1,2,3,4,5這六個數(shù)字, (1)可以組成多少個數(shù)字不重復的三位數(shù)? (2)可以組成多少個數(shù)字允許重復的三位數(shù)? (3)可以組成多少個數(shù)字不重復的三位奇數(shù)? (4)可以組成多少個數(shù)字不重復的小于1000的自然數(shù)? (5)可以組成多少個數(shù)字不重復的大于3000,小于5421的四位數(shù)? 解:(1)分三步:①先選百位數(shù)字,由于0不能作為百位數(shù),因此有5種選法;②
9、十位數(shù)字有5種選法;③個位數(shù)字有4種選法.由分步計數(shù)原理知所求三位數(shù)共有5×5×4=100個. ?。?)分三步:①先選百位數(shù)字,由于0不能作為百位數(shù),因此有5種選法;②十位數(shù)字有6種選法;③個位數(shù)字有6種選法.由分步計數(shù)原理知所求三位數(shù)共有5×6×6=180個. (3)分三步:①先選個位數(shù)字,由于組成的三位數(shù)是奇數(shù),因此有3種選法;②再選百位數(shù)字有4種選法;③個位數(shù)字也有4種選法.由分步計數(shù)原理知所求三位數(shù)共有3×4×4=48個. ?。?)分三類:①一位數(shù),共有6個;②兩位數(shù),共有5×5=25個;③三位數(shù),共有5×5×4=100個.因此,比1000小的自然數(shù)共有6+25+100=131
10、個 ?。?)分四類:①千位數(shù)字為3,4之一時,共有2×5×4×3=120個;②千位數(shù)字為5,百位數(shù)字為0,1,2,3之一時,共有4×4×3=48個;③千位數(shù)字為5,百位數(shù)字是4,十位數(shù)字為0,1之一時,共有2×3=6個;④還有5420也是滿足條件的1個.故所求自然數(shù)共120+48+6+1=175個 評注:排數(shù)字問題是最常見的一種題型,要特別注意首位不能排0. 四、典型習題導練 1.將4個不同的小球放入編號為1、2、3的三個不同的盒子中,其中每個盒子都不空的放法共有( ?。? A.種??? ????B.種 C.18種?????????D.36種 2.集合A={1,2
11、,-3},B={-1,-2,3,4},從A、B中各取1個元素作為占點P的坐標.(1)可以得到多少個不同的點? (2)在這些點中位于第一象限的點有幾個? 3. 在1,2,3,4,7,9中任取不相同的兩個數(shù),分別作為對數(shù)的底數(shù)與真數(shù),能得到多少個不同的對數(shù)值? 4. 在連結(jié)正八邊形的三個頂點組成的三角形中,與正八邊形有公共邊的有多少個? 5.某藝術(shù)組有9人,每人至少會鋼琴和小號中的一種樂器,其中7人會鋼琴,3人會小號,從中選出會鋼琴與會小號的各1人,有多少種不同的選法? 6. 某地提供A、B、C、D四個企業(yè)供育才中學高三年級3個班級進行社會實踐活動,其中A是明星企業(yè),必須有班級去進行社會
12、實踐,每個班級去哪個企業(yè)由班級自己在四個企業(yè)中任意選擇一個,則不同的安排社會實踐的方案共有多少種? §9.2 排列與組合 一、知識導學 1.排列:一般地,從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素,按照一定的順序排成一列,叫做從n個不同元素中取出m個元素的一個排列. 2.全排列:n個不同元素全部取出的一個排列,叫做n個不同元素的全排列. 3. 排列數(shù):從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素的所有排列的個數(shù)叫做從n個不同元素中取出m個元素的排列數(shù).用符號表示. 4. 階乘:正整數(shù)1到n的連乘積,叫做n的階乘,用n!表示. 規(guī)定:0?。? 5.組合:一般地,從n個不同元素中取
13、出m(m≤n)個元素并成一組,叫做從n個不同元素中取出m個元素的一個組合. 6.組合數(shù):從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素的所有組合的個數(shù)叫做從n個不同元素中取出m個元素的組合數(shù).用符號表示. 7.本節(jié)公式 (1)排列數(shù)公式 (這里m、n∈,且m≤n) ?。?)組合數(shù)公式 (這里m、n∈,且m≤n) (3)組合數(shù)的兩個性質(zhì) 規(guī)定: 二、疑難知識導析 1.排列的定義中包含兩個基本內(nèi)容,一是“取出元素”,二是“按一定順序排列”。
14、從定義知,只有當元素完全,并且元素排列的順序也完全相同時,才是同一個排列,元素完全不同,或元素部分相同或元素完全相同而順序不同的排列,都不是同一排列.兩個相同數(shù)列,當且僅當它們的元素完全相同,并且元素排列的順序也完全相同. 2.排列與排列數(shù)是兩個不同的概念.一個排列是指從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素,按照一定的順序排成一列的一種具體方法,它不是數(shù);而排列數(shù)是指從n個不同元素中取出m(m≤n)個元素的所有不同數(shù)列的種數(shù),它是一個數(shù). 3.排列應用題一般分為兩類,即無限制條件的排列問題和有限制條件的排列問題.常見題型有:排隊問題、數(shù)字問題、與幾何有關(guān)的問題. 解排列應用題時應注意以下
15、幾點: ①認真審題,根據(jù)題意分析它屬于什么數(shù)學問題,題目中的事件是什么,有無限制條件,通過怎樣的程序完成這個事件,用什么計算方法. ②弄清問題的限制條件,注意研究問題,確定特殊元素和特殊的位置.考慮問題的原則是特殊元素、特殊位置優(yōu)先,必要時可通過試驗、畫圖、小數(shù)字簡化等手段幫助思考. ③恰當分類,合理分步. ④在分析題意,畫框圖來處理,比較直觀.在解應用時,應充分運用. 解排列應用題的基本思路: ①基本思路: 直接法:即從條件出發(fā),直接考慮符合條件的排列數(shù); 間接法:即先不考慮限制條件,求出所有排列數(shù),然后再從中減去不符合條件的排列數(shù). ②常用方法:特殊元素、特殊位置分析法,
16、排除法(也稱去雜法),對稱分析法,捆綁法,插空檔法,構(gòu)造法等. 4.對組合的理解:如果兩個組合中的元素完全相同,那么不管它們順序如何都是相同的組合.當兩個組合中的元素不完全相同時(即使只有一個元素不同),就是不同的組合. 5.排列與組合的區(qū)別與聯(lián)系: ①根據(jù)排列與組合的定義,前者是從n個不同元素中取出m個不同元素后,還要按照一定的順序排成一列,而后者只要從n個不同元素中取出m個不同元素并成一組,所以區(qū)分某一問題是排列還是組合問題,關(guān)鍵看選出的元素與順序是否有關(guān),若交換某兩個元素的位置對結(jié)果產(chǎn)生影響,則是排列問題,而交換任意兩個元素的位置對結(jié)果沒有影響,則是組合問題.也就是說排列與選取元素
17、的順序有關(guān),組合與選取元素的順序無關(guān). ②排列與組合的共同點,就是都要“從n個不同元素中,任?。恚ǎ怼埽睿﹤€元素”,而不同點在于元素取出以后,是“排成一排”,還是“組成一組”,其實質(zhì)就是取出的元素是否存在順序上的差異.因此,區(qū)分排列問題和組合問題的主要標志是:是否與元素的排列順序有關(guān),有順序的是排列問題,無順序的組合問題.例如123和321,132是不同的排列,但它們都是相同的組合.再如兩人互寄一次信是排列問題,互握一次手則是組合問題. ③排列數(shù)與組合數(shù)的聯(lián)系.求從n個不同元素中取出m個元素的排列數(shù),可以分為以下兩步:第一步,先求出從這n個不同元素中取出m個元素的組合數(shù);第二步,求每一個組
18、合中m個元素的全排列數(shù).根據(jù)分步計數(shù)原理,得到=.從這一過程中可得出排列與組合的另一重要聯(lián)系.從而,在解決排列問題時,先取后排是一個常見的解題策略. 6.解排列與組合應用題時,首先應抓住是排列問題還是組合問題.界定排列與組合問題是排列還是組合,唯一的標準是“順序”,有序是排列問題,無序是組合問題.當排列與組合問題綜合到一起時,一般采用先考慮組合后考慮排列的方法解答.其次要搞清需要分類,還是需要分步.分類計數(shù)原理與分步計數(shù)原理是關(guān)于計數(shù)的兩個基本原理,它們不僅是推導排列數(shù)公式和組合數(shù)公式的基礎(chǔ),而且其應用貫穿于排列與組合的始終.學好兩個計數(shù)原理是解決排列與組合應用題的基礎(chǔ).切記:排組分清(有序
19、排列、無序組合),加乘明確(分類為加、分步為乘). 三、經(jīng)典例題導講 [例1] 10個人走進只有6把不同椅子的屋子,若每把椅子必須且只能坐一人,共有多少種不同的坐法? 錯解:10個人坐6把不同的椅子,相當于10個元素到6個元素的映射,故有種不同的坐法. 錯因: 沒弄清題意,題中要求每把椅子必須并且只能坐一人,已不符合映射模型了.本題事實上是一個排列問題. 正解: 坐在椅子上的6個人是走進屋子的10個人中的任意6個人,若把人抽象地看成元素,將6把不同的椅子當成不同的位置,則原問題抽象為從10個元素中作取6個元素占據(jù)6個不同的位置.顯然是從10個元素中任取6個元素的排列問題.從而,共有=
20、151200種坐法. [例2]從-3,-2,-1,0,1,2,3,4八個數(shù)字中任取3個不同的數(shù)字作為二次函數(shù) 的系數(shù),b,c的取值,問共能組成多少個不同的二次函數(shù)? 錯解:從八個數(shù)字中任取3個不同的數(shù)字作為二次函數(shù) 的系數(shù),b,c的取值,交換,b,c的具體取值,得到的二次函數(shù)就不同,因而本題是個排列問題,故能組成個不同的二次函數(shù). 錯因: 忽視了二次函數(shù) 的二次項系數(shù)不能為零. 正解:,b,c中不含0時,有個; ,b,c中含有0時,有2個. 故共有+2=294個不同的二次函數(shù). 注:本題也可用間接解法.共可構(gòu)成個函數(shù),其中=0時有個均不符合要求,從而共有-=294個不同的二
21、次函數(shù). [例3]以三棱柱的頂點為頂點共可組成多少個不同的三棱錐? 錯解:按照上底面取出點的個數(shù)分三類:第一類,上底面恰取一點,這時下底面取三點,有 =3個;第二類,上底面恰取2點,下底面也取兩點,有=9個;上底面取3點時,下底面取一點,有 =3個.綜上知,共可組成3+9+3=15個不同的三棱錐. 錯因: 在上述解法中,第二類情形時,所取四點有可能共面.這時,務必注意在上底面取2點,與之對應的下底面的2點只有2種取法. 正解:在三棱柱的六個頂點中任取4個頂點有=15取法,其中側(cè)面上的四點不能構(gòu)成三棱錐,故有15-3=12個不同的三棱錐. [例4] 4名男生和3名女生并坐一排,分別回答
22、下列問題: (1)男生必須排在一起的坐法有多少種? (2)女生互不相鄰的坐法有多少種? (3)男生相鄰、女生也相鄰的坐法有多少種? (4)男女生相間的坐法有多少種? (5)女生順序已定的坐法有多少種? 解:⑴從整體出發(fā),視四名男生為一整體,看成一個“大元素”,與三名女生共四個元素進行排列,有種坐法;而大元素內(nèi)部的小元素間又有種坐法.故共有=576種坐法. ⑵因為女生 互不相鄰,故先將4名男生排好,有種排法;然后在男生之間及其首尾的5個空檔中插入3名女生,有種排法.故共有=1440種排法. ⑶類似(1)可得:=288種 ⑷男生排好后,要保證男生互不相鄰、女生也互不相鄰,3名女生
23、只能排在男生之間的3個空檔中,有種排法.故共有=144種排法. ⑸7個元素的全排列有種,因為女生定序,而她們的順序不固定時有排法,可知 中重復了次,故共有÷==840種排法. 本題還可這樣考慮:讓男生先占7個位置中的4個,共有種排法;余下的位置排女生,因為女生定序,故她們只有1排法,從而共有=840種排法. [例5] 某運輸公司有7個車隊,每個車隊的車均多于4輛,現(xiàn)從這個車隊中抽調(diào)出10輛車,并且每個車隊至少抽調(diào)一輛,那么共有多少種不同的抽調(diào)方法? 解:在每個車隊抽調(diào)一輛車的基礎(chǔ)上,還須抽調(diào)的3輛車可分成三類:從一個車隊中抽調(diào),有=7種;從兩個車隊中抽調(diào),一個車隊抽1輛,另一個車隊抽
24、兩輛,有=42種;從三個車隊中抽調(diào),每個車隊抽調(diào)一輛,有=35輛.由分類計數(shù)原理知,共有7+42+35=84種抽調(diào)方法. 本題可用檔板法來解決:由于每個車隊的車均多于4輛,只需將10個份額分成7份.具體來講,相當于將10個相同的小球,放在7個不同的盒子中,且每個盒子均不空.可將10個小球排成一排,在相互之間的九個空檔中插入6個檔板,即可將小球分成7份,因而有=84種抽調(diào)方法. [例6]用0,1,2,…,9這十個數(shù)字組成無重復數(shù)字的四位數(shù),若千位數(shù)字與個位數(shù)字之差的絕對值是2,則這樣的四位數(shù)共有多少個? 解:若千位數(shù)字與個位數(shù)字中有一個為0 ,則另一個為2,且0只能在個位,2在千位,這樣有
25、四位數(shù)有個.若千位與個位都不含有0,則應為1與3、2與4,3與5、4與6,5與7、6與8,7與9,這樣的四位數(shù)有7××個. ∴共有+7×=840個符合條件的四位數(shù) 四、典型習題導練 1.某一天的課程表要排入語文、數(shù)學、英語、物理、體育、音樂6節(jié)課,如果第一節(jié)不排體育,最后一節(jié)不排數(shù)學,一共有多少種不同的排法? 2. 在7名運動員中選出4人組成接力隊,參加4×100米接力賽,那么甲、乙兩人都不跑中間兩棒的安排方法有多少種? 3.有5雙不同型號的皮鞋,從中任取4只有多少種不同的取法?所取的4只中沒有2只是同型號的取法有多少種?所取的4只中有一雙是同型號的取法有多少種? 4.一個五棱柱的
26、任意兩個側(cè)面都不平行,且底面內(nèi)的任意一條對角線與另一底面的邊也不平行,以它的頂點為頂點的四面體有多少個? 5. 4名男生5名女生,一共9名實習生分配到高一的四個班級擔任見習班主任,每班至少有男、女實習生各1名的不同分配方案共有多少種? 6.有6本不同的書,分給甲、乙、丙三人. (1)甲、乙、丙三人各得2本,有多少種分法? (2)一人得1本,一人得2本,一人得3本,有多少種分法? (3)甲得1本,乙得2本,丙得3本,有多少種分法? (4)平均分成三堆,每堆2本,有多少種分法? §9.3 二項式定理 一、知識導學 1.二項式定理: 上列公式所表示的定理叫做二項式定理.
27、右邊的多項式叫做的二項展開式,它一共有n+1項. 其中各項的系數(shù)叫做二項式系數(shù). 式中的叫做二項展開式的通項,用表示, 即=. 2.二項式系數(shù)的性質(zhì): ?。?)對稱性.與首末兩端“等距離”的兩個二項式系數(shù)相等.事實上,這一性質(zhì)可直接由公式得到. ?。?)增減性與最大值. 二項式系數(shù),當r<時,二項式系數(shù)是逐漸增大的.由對稱性知它的后半部分是逐漸減小的,且在中間取得最大值.當n是偶數(shù)時,中間的一項取得最大值;當n是奇數(shù)時,中間的兩項相等,且同時取得最大值. ?。?)各二項式系數(shù)的和. 的展開式的各個二項式系數(shù)的和等于. 二、疑難知識導析 1.二項式定理是代數(shù)公式 和
28、 的概括和推廣,它是以乘法公式為基礎(chǔ),以組合知識為工具,用不完全歸納法得到的.同學們可對定理的證明不作要求,但定理的內(nèi)容必須充分理解. 2.對二項式定理的理解和掌握,要從項數(shù)、系數(shù)、指數(shù)、通項等方面的特征去熟悉它的展開式.通項公式=在解題時應用較多,因而顯得尤其重要,但必須注意,它是的二項展開式的第r+1項,而不是第r項. 3.二項式定理的特殊表示形式 (1). 這時通項是=. (2). 這時通項是=. (3). 即各二項式系數(shù)的和為. 4.二項式奇數(shù)項系數(shù)的和等于二項式偶數(shù)項系數(shù)的和.即 三、經(jīng)典例題導講 [例1]已知, 求的值.
29、錯解:由二項展開式的系數(shù)的性質(zhì)可知:的展開式的各個二項式系數(shù)的和等于,顯然,就是展開式中的,因此的值為-1. 錯因:上述解答忽略了 是項的系數(shù),而不是二項式系數(shù). 正解:由二項展開式的結(jié)構(gòu)特征,是項的系數(shù),而不是二項式系數(shù).觀察式子特征,如果=1,則等式右邊為,出現(xiàn)所求式子的形式,而就是展開式中的,因此,即 1=1+,所以,=0 評注 這是二項式定理的一個典型應用—賦值法,在使用賦值法時,令、b等于多少,應就具體問題而定,有時取“1”,有時取“-1”,或其他值. [例2]在多項式的展開式中,含項的系數(shù)為 . 錯解:原式== ∴項的系數(shù)為0. 錯因:忽視了n的范圍,上述
30、解法得出的結(jié)果是在n不等于6的前提下得到的,而這個條件并沒有提供. 正解:原式== ∴當n≠6時,項的系數(shù)為0. 當n=6時,項的系數(shù)為1 說明:本解法體現(xiàn)了逆向運用二項式定理的靈活性,應注意原式中對照二項式定理缺少這一項. [例3] 的末尾連續(xù)零的個數(shù)是 ( ) A.7 B.5 C.3 D.2 解: 上述展開式中,最后一項為1;倒數(shù)第二項為1000;倒數(shù)第三項為495000,末尾有三個0;倒數(shù)第四項為16170000,末尾有四個0;依次前面各項末尾至少有四個0.所以的末尾連續(xù)零的個數(shù)是3.
31、 故選C. [例4] 已知的展開式前三項中的的系數(shù)成等差數(shù)列. ?。?)求展開式中所有的的有理項; ?。?)求展開式中系數(shù)最大的項. 解:(1)展開式前三項的系數(shù)分別為 . 由題設(shè)可知: 解得:n=8或n=1(舍去). 當n=8時,=. 據(jù)題意,4-必為整數(shù),從而可知必為4的倍數(shù), 而0≤≤8,∴=0,4,8. 故的有理項為:,,. (2)設(shè)第+1項的系數(shù)最大,顯然>0, 故有≥1且≤1. ∵=, 由≥1,得≤3. ∵=, 由≤1,得≥2. ∴=2或=3,所求項分別為和. 評注:1.把握住二項展開式的通項公式,是掌握二項式定理的關(guān)鍵
32、,除通項公式外,還應熟練掌握二項式的指數(shù)、項數(shù)、展開式的系數(shù)間的關(guān)系、性質(zhì). 2.運用通項公式求二項展開的特定項,如求某一項,含某次冪的項,常數(shù)項,有理項,系數(shù)最大的項等,一般是運用通項公式根據(jù)題意列方程,在求得n或r后,再求所需的項(要注意n和r的數(shù)值范圍及大小關(guān)系). 3.注意區(qū)分展開式“第+1項的二項式系數(shù)”與“第+1項的系數(shù)”. [例5]已知的展開式中含項的系數(shù)為24,求展開式中含項的系數(shù)的最小值. 解:解法一 由中含項的系數(shù)為24,可得 .從而,. 設(shè)中含項的系數(shù)為t,則 ?。簦? 把代入上式,得 ?。簦? ∴當n=6時,t的最小值為120,此時m=n=6
33、. 解法二 由已知, 設(shè)中含項的系數(shù)為t,則 t=≥2=2(72-12)=120. 當且僅當m=n=6時,t有最小值120. ∴展開式中含項的系數(shù)的最小值為120. 評注:構(gòu)造函數(shù)法是一種常用的方法,尤其在求最值問題中應用非常廣泛. 四、典型習題導練 1.化簡: 2. 設(shè),則 的值為 3. (1+x)(2+x)(3+x)…(20+x)的展開式中x19的系數(shù)是 . 4. 式子的展開式中的常數(shù)項是 ( ?。? A、-15 B、20 C、-20 D、15 5.已知二項式中,>0,b
34、>0,2m+n=0但mn≠0,若展開式中的最大系數(shù)項是常數(shù)項,求的取值范圍. 6.用二項式定理證明:能被整除 ?。ǎ睢?,n≥2). §9.4 隨機事件的概率及古典概型 一、知識導學 1.必然事件:在一定的條件下必然要發(fā)生的事件. 不可能事件:在一定的條件下不可能發(fā)生的事件. 隨機事件:在一定的條件下可能發(fā)生也可能不發(fā)生的事件. 2. 概率:實際生活中所遇到的事件包括必然事件、不可能事件和隨機事件.隨機事件在現(xiàn)實世界中是廣泛存在的.在一次試驗中,事件A是否發(fā)生雖然帶有偶然性,但在大量重復試驗下,它的發(fā)生呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性,即事件A發(fā)生的頻率總是接近于某個常數(shù),在它附近擺動,
35、這個常數(shù)就叫做事件A的概率.記著P(A). 0≤P(A)≤1 3.若在一次試驗中,每個基本事件發(fā)生的可能性都相同,則稱這些基本事件為等可能基本事件. 4.具有以下兩個特點:(1)所有的基本事件只有有限個;(2)每個基本事件的發(fā)生都是等可能的.我們將滿足上述條件的 隨 機 試 驗 的 概 率 模 型 稱 為 古 典 概 型 5.等可能事件的概率:如果一次試驗中共有n種等可能出現(xiàn)的結(jié)果,其中事件A包含的結(jié)果有m種,那么事件A的概率P(A)=. 二、疑難知識導析 1.必然事件、不可能事件、隨機事件的區(qū)別與聯(lián)系:必然事件是指在一定條件下必然發(fā)生的事件;不可能事件是指在一定的條件下不
36、可能發(fā)生的事件;隨機事件是指在一定的條件下可能發(fā)生也可能不發(fā)生的事件.要辨析清事件的條件和結(jié)果,理解事件的結(jié)果是相應于“一定條件”而言的,必須明確什么是事件發(fā)生的條件,什么是在此條件下產(chǎn)生的結(jié)果.上述三種事件都是在一定條件下的結(jié)果. 2.頻率與概率:隨機事件A的頻率指此事件發(fā)生的次數(shù)m與試驗總次數(shù)n的比值,它是隨著試驗次數(shù)的改變而變化的,它具有一定的穩(wěn)定性,即總在某個常數(shù)p附近擺動,且隨著試驗次數(shù)的不斷增多,這種擺動幅度越來越小,于是,我們給這個常數(shù)取個名字,叫隨機事件的概率.因此,概率從數(shù)量上反映了隨機事件發(fā)生的可能性的大??;而頻率在大量重復試驗的前提下,可近似地作為這個事件的概率.即概率
37、是頻率的穩(wěn)定值,頻率是概率的近似值. 3.必然事件的概率為1,不可能事件的概率為0,隨機事件的概率:0<P(A)<1,這里要辯證地理解它們的概率:必然事件和不可能事件可以看作隨機事件的兩個極端,它們雖是兩類不同的事件,但在一定的情況下又可以統(tǒng)一起來,即任意事件A的概率滿足: 0≤P(A)≤1 4.等可能事件的理解:一次試驗中所有可能的n個基本結(jié)果出現(xiàn)的可能性都相等,這n個結(jié)果對應著n個基本事件.對等可能事件的理解,其實質(zhì)在于對等可能性的理解.“等可能性”指的是結(jié)果,而不是事件.例如拋擲兩枚均勻的硬幣,可能出現(xiàn)“兩個正面”“兩個反面”“一正一反”“一反一正”這四種結(jié)果,每一種結(jié)果
38、的可能性相等,都是0.25;而出現(xiàn)“兩個正面”“兩個反面”“一正一反”這三種結(jié)果就不是等可能的. 5.注意用集合的觀點來看概率,運用圖式法來弄清各事件之間的關(guān)系.對古典概率來說,一次試驗中等可能出現(xiàn)的幾個結(jié)果組成一個集合I,其中各基本事件均為集合I的含有一個元素的子集,包括m個基本事件的子集A,從而從集合的角度來看:事件A的概率是子集A的元素的個數(shù)與集合I的元素個數(shù)的比值,即P(A)=.因此,可以借助集合的表示法來研究事件,運用圖示法弄清各事件的關(guān)系,從而做到較深刻的理解. 三、經(jīng)典例題導講 [例1] 某人有5把鑰匙,但忘記了開房門的是哪一把,于是,他逐把不重復地試開,問恰好第三次打開房
39、門鎖的概率是多少? 錯解:有5把鑰匙,每次打開房門的概率都是,不能打開房門的概率是,因而恰好第三次打開房門的概率是××=. 錯因:上述解法忽略了條件“逐把不重復地試開”. 正解:我們知道最多開5次門,且其中有且僅有一次可以打開房門,故每一次打開門的概率是相同的,都是.開三次門的所有可能性有種.第三次打開房門,則房門鑰匙放在第3號位置上,前兩次沒能打開門,則前2個位置是用另4把鑰匙安排的,故有種可能.從而恰好第三次打開房門鎖的概率是P(A)=. [例2] 某組有16名學生,其中男、女生各占一半,把全組學生分成人數(shù)相等的兩小組,求每小組里男、女生人數(shù)相同的概率. 錯解:把全組學生分成人數(shù)
40、相等的兩小組,有種分法,事件A為組里男、女生各半的情形,它有種,所以P(A)=. 錯因:這里沒注意到均勻分成兩組與分成A、B兩組的區(qū)別. 正解:基本事件有,事件A為組里男、女生各半的情形,它有種,所以 P(A)=. [例3] 把一枚硬幣向上連拋10次,則正、反兩面交替出現(xiàn)的概率是 . 錯解:拋擲一枚硬幣出現(xiàn)正、反兩面的可能性都相等,因而正、反兩面交替出現(xiàn)的概率是. 錯因:沒審清題意.事實上,把一枚硬幣向上連拋10次,出現(xiàn)正面5次的概率同樣也不等于. 正解:連拋10次得正、反面的所有可能的情況共有種,而題設(shè)中的正、反兩面交替出現(xiàn)的情況只有2種,故所求的概率為. [例4]某科
41、研合作項目成員由11個美國人、4個法國人和5個中國人組成,現(xiàn)從中隨機選出兩位作為成果發(fā)布人,則此兩人不屬于同一個國家的概率為?。ńY(jié)果用分數(shù)表示). 解:設(shè)“從20名成員中隨機選出的2人來自不同國家”為事件A,則A所包含的基本事件數(shù)為,又基本事件數(shù)為. 故P(A)=. [例5] 將4個編號的球放入3個編號的盒中,對于每一個盒來說,所放的球數(shù)k滿足0≤k≤4.在各種放法的可能性相等的條件下,求: (1)第一個盒沒有球的概率; (2)第一個盒恰有1個球的概率; (3)第一個盒恰有2個球的概率; (4)第一個盒有1個球,第二個盒恰有2個球的概率. 解:4個不同的球放入3個不同的
42、盒中的放法共有種. (1)第一個盒中沒有球的放法有種,所以第一個盒中沒有球的概率為: P1=. (2)第一個盒中恰有1個球的放法有種,所以第一個盒中恰有1個球的概率為: P2=. (3)第一個盒中恰有2個球的放法有種,所以第一個盒中恰有2個球的概率為: P3=. (4)第一個盒中恰有1個球,第二個盒中恰有2個球的放法有種,所以所求的概率為:P4=. [例6] 一個口袋內(nèi)有7個白球和3個黑球,分別求下列事件的的概率: (1)事件A:從中摸出一個放回后再摸一個,兩回摸出的球是一白一黑; (2)事件B:從袋中摸出一個黑球,放回后再摸出一個是白球; (3)事件C:從袋
43、中摸出兩個球,一個黑球,一個白球; (4)事件D:從從袋中摸出兩個球,先摸出的是黑球,后摸出的是白球. 解:(1)基本事件總數(shù)是10×10.事件A包括“先摸出黑球后摸出白球”及“先摸出白球后摸出黑球”,摸出白球及黑球分別有7種和3種可能.所以A發(fā)生共有2×7×3種可能. ∴P(A)==0.42. 2)事件B與事件A不同,它確定了先摸黑球再摸白球的順序. P(B)==0.21 (3)事件C說明摸出兩個球不放回,且不考慮次序,因此基本事件總數(shù)是,事件C包含的基本事件個數(shù)是. P(C)=≈0.47. (4)與事件A相比,D要考慮摸出兩球的先后次序. P(D)=≈0.23
44、評注:注意“放回抽樣”與“不放回抽樣”的區(qū)別.本例(1)(2)是放回抽樣,(3)(4)是不放回抽樣. 四、典型習題導練 1.對某電視機廠生產(chǎn)的電視機進行抽樣檢測的數(shù)據(jù)如下: 抽取臺數(shù) 50 100 200 300 500 1000 優(yōu)等品數(shù) 40 92 192 285 478 954 (1)計算表中優(yōu)等品的各個頻率; (2)該廠生產(chǎn)的電視機優(yōu)等品的概率是多少? 2.先后拋擲三枚均勻的硬幣,至少出現(xiàn)一次正面的概率是 ?。ā 。? A、 B、 C、 D、 3.停車場可把12輛車停放一排,當有8輛車已停放后,則所剩4個空位恰連在一起的概率為 (
45、 ?。? A、 B、 C、 D、 4.有5條線段,其長度分別為1、3、5、7、9,現(xiàn)從中任取3條線段,求3條線段構(gòu)成三角形的概率. 5.把10個運動隊平均分成兩組進行預賽,求最強的兩隊被分在(1)不同組內(nèi);(2)同一組內(nèi)的概率. 6.甲、乙兩人參加普法知識問答,共有10個不同的題目,其中選擇題6個,判斷題4個,甲、乙兩人依次各抽一題. (1)甲抽到選擇題,乙抽到判斷題的概率是多少? (2)甲、乙兩人至少有一人抽到選擇題的概率是多少? §9.5 幾何概型及互斥事件的概率 一、知識導學 1. 對于一個隨機試驗,我們將每個基本事件理解為從某個特定的幾何區(qū)域內(nèi)隨機地取一點
46、,該區(qū)域中每一點被取到的機會都一樣;而一個隨機事件的發(fā)生則理解為恰好取到上述區(qū)域內(nèi)的某個指定區(qū)域中的點.這里的區(qū)域可以是線段、平面圖形、立體圖形等.用這種方法處理隨機試驗,稱為幾何概型. 一般地,在幾何區(qū)域 D 中隨機地取一點,記事件“該點落在其內(nèi)部一個區(qū)域d內(nèi)”為事件A,則事件A 發(fā)生的概率 P(A)= . 這里要求D 的測度不為0,其中“測度”的意義依D 確定,當D 分別是線段、平面圖形和立體圖形時,相應的“測度”分別是長度、面積和體積等 2.互斥事件:不可能同時發(fā)生的兩個事件. 如果事件A、B、C,其中任何兩個都是互斥事件,則說事件A、B、C彼此互斥. 當A,B是互斥事件
47、時,那么事件A+B發(fā)生(即A,B中有一個發(fā)生)的概率,等于事件A,B分別發(fā)生的概率的和. P(A+B)=P(A)+P(B). 如果事件A1、A2、…、An彼此互斥,那么事件A1+A2+…+An發(fā)生(即A1、A2、…、An中有一個發(fā)生)的概率,等于這n個事件分別發(fā)生的概率的和. 3.對立事件:其中必有一個發(fā)生的兩個互斥事件.事件A的對立事件通常記著. 對立事件的概率和等于1. P()=1-P(A) 4.相互獨立事件:事件A(或B)是否發(fā)生對事件B(或A)發(fā)生的概率沒有影響,這樣的兩個事件叫做相互獨立事件. 當A,B是相互獨立事件時,那么事件AB發(fā)生(即A,B同時發(fā)生
48、)的概率,,等于事件A,B分別發(fā)生的概率的積. P(AB)=P(A)P(B). 如果事件A1、A2、…、An相互獨立,那么事件A1A2…An發(fā)生(即A1、A2、…、An同時發(fā)生)的概率,等于這n個事件分別發(fā)生的概率的積. 5.獨立重復試驗 如果在1次試驗中某事件發(fā)生的概率是P,那么在n次獨立重復試驗中這個試驗恰好發(fā)生k次的概率 二、疑難知識導析 1.對互斥事件、對立事件的理解: 從集合角度看,事件A、B互斥,就是它們相應集合的交集是空集(如圖1);事件A、B對立,就是事件A包含的結(jié)果的集合是其對立事件B包含的結(jié)果的補集(如圖2). “互斥事件
49、”與“對立事件”都是就兩個事件而言的,互斥事件是不可能同時發(fā)生的兩個事件,而對立事件是其中必有一個發(fā)生的互斥事件,因此,對立事件必須是互斥事件,但互斥事件不一定是對立事件,也就是說“互斥”是“對立”的必要但不充分的條件. 根據(jù)對立事件的意義,(A+)是一必然事件,那它發(fā)生的概率等于1,又由于A與互斥,于是有P(A)+P()=P(A+)=1,從而有P()=1-P(A).當某一事件的概率不易求出或求解比較麻煩,但其對立事件的概率較容易求出時,可用此公式,轉(zhuǎn)而先求其對立事件的概率. 2.對相互獨立事件的理解: 相互獨立事件是針對兩個事件而言的,只不過這兩個事件間的關(guān)系具有一定的特殊性,即其中一
50、個事件是否發(fā)生對另一個事件發(fā)生的概率沒有影響.若A、B兩事件相互獨立,則A與、與B、與也都是相互獨立的. 3.正確理解AB與A+B的關(guān)系:設(shè)A、B是兩個事件,則AB表示這樣一個事件,它的發(fā)生表示A與B同時發(fā)生;而A+B表示這一事件是在A或B這兩個事件中,至少有一個發(fā)生的前提下而發(fā)生的.公式P(A+B)=P(A)+P(B)與P(AB)=P(A)P(B)的使用都是有前提的. 一般情況下,P(A+B)=1-P() =P(A)+P(B)-P(AB) 它可用集合中的韋恩圖來示意. 三、經(jīng)典例題導講 [例1] 從0,1,2,3這四位數(shù)字中任取3個進行排列,組成無重復數(shù)字的三位數(shù),求排
51、成的三位數(shù)是偶數(shù)的概率. 錯解:記“排成的三位數(shù)是偶數(shù)”為事件A, P(A)==. 錯因:上述解法忽略了排成的三位數(shù)首位不能為零. 正解:記“排成的三位數(shù)的個位數(shù)字是0”為事件A,“排成的三位數(shù)的個位數(shù)字是2”為事件B,且A與B互斥,則“排成的三位數(shù)是偶數(shù)”為事件A+B,于是 P(A+B)=P(A)+P(B)=+=. [例2] 從1,2,3,…,100這100個數(shù)中,隨機取出兩個數(shù),求其積是3的倍數(shù)的概率. 錯解:從1,2,3,…,100這100個數(shù)中,隨機取出兩個數(shù),其積是3的倍數(shù),則須所取兩數(shù)至少有一個是3的倍數(shù). 記事件A為任取兩整數(shù)相乘為3的倍數(shù),則 P(A)=
52、錯因: 這里相關(guān)的排列組合問題沒有過關(guān). 正解:基本事件數(shù)有種.在由1到100這100個自然數(shù)中,3的倍數(shù)的數(shù)組成的集合M中有33個元素,不是3的倍數(shù)組成的集合N中有67個元素,事件A為任取兩整數(shù)相乘為3的倍數(shù),分兩類:(1)取M中2個元素相乘有種;(2)從集合M、N中各取1個元素相乘有種.因為這兩類互斥,所以 P(A)=. [例3] 在房間里有4個人,問至少有兩個人的生日是同一個月的概率是多少? 解:由于事件A“至少有兩個人的生日是同一個月”的對立事件是“任何兩個人的生日都不同月”.因而 至少有兩個人的生日是同一個月的概率為: P(A)=1-P()=1-=1-. [例4]
53、某單位6名員工借助互聯(lián)網(wǎng)開展工作,每個員工上網(wǎng)的概率都是0.5(相互獨立).求(1)至少3人同時上網(wǎng)的概率;(2)至少幾人同時上網(wǎng)的概率小于0.3? 解:(1)至少3人同時上網(wǎng)的概率等于1減去至多2人同時上網(wǎng)的概率,即 1---=1-. (2)6人同時上網(wǎng)的概率為<0.3; 至少5人同時上網(wǎng)的概率為+<0.3; 至少4人同時上網(wǎng)的概率為++>0.3. 故至少5人同時上網(wǎng)的概率小于0.3. [例5]設(shè)甲、乙兩射手獨立地射擊同一目標,他們擊中目標的概率分別為0.9、0.8,求:(1)目標恰好被甲擊中的概率;(2)目標被擊中的概率. 解:設(shè)事件A為“甲擊中目標
54、”,事件B為“乙擊中目標”. 由于甲、乙兩射手獨立射擊,事件A與B是相互獨立的, 故A與、與B也是相互獨立的. (1)目標恰好被甲擊中,即事件A發(fā)生. P(A·)=P(A)×P()=0.9×(1-0.8)=0.18. ∴目標恰好被甲擊中的概率為0.18. (2)目標被擊中即甲、乙兩人中至少有1人擊中目標,即事件A·、·B、A·B發(fā)生. 由于事件A·、·B、A·B彼此互斥, 所以目標被擊中的概率為 P(A·+·B+A·B)=P(A·)+P(·B)+P(A·B) ?。絇(A)·P()+P()·P(B)+P(A·B) =0.9×0.2+0.1×0.8+0.9×0.8=0.
55、98. 評注:運用概率公式求解時,首先要考慮公式的應用前提.本題(2)也可以這樣考慮:排除甲、乙都沒有擊中目標.因為P(·)=P()·P()=0.1×0.2=0.02. 所以目標被擊中的概率為 1-P(·)=1-0.02=0.98. [例6]某課程考核分理論與實驗兩部分進行,每部分考核成績只記“合格”與“不合格” ,兩部分考核都是“合格”則該課程考核“合格”,甲、乙、丙三人在理論考核中合格的概率分別為0.9,0.8,0.7;在實驗考核中合格的概率分別為0.8,0.7,0.9,所有考核是否合格相互之間沒有影響. ?。?)求甲、乙、丙三人在理論考核中至少有兩人合格的概率; (2)求這
56、三人課程考核都合格的概率.(結(jié)果保留三位小數(shù)) 解: 記“甲理論考核合格”為事件A1,“乙理論考核合格”為事件A2,“丙理論考核合格”為事件A3,“甲實驗考核合格”為事件B1,“乙實驗考核合格”為事件B2,“丙實驗考核合格”為事件B3. ?。?)記“理論考核中至少有兩人合格”為事件C. 則P(C)=P(A1 A2 +A1 A3+ A2 A3+A1 A2 A3) =P(A1 A2 )+P(A1 A3)+P( A2 A3)+P(A1 A2 A3) =0.9×0.8×0.3+0.9×0.2×0.7+0.1×0.8×0.7+0.9×0.8×0.7 =0.902 (2)記“三人該課程
57、考核都合格”為事件D. 則P(D)=P[(A1·B1)·(A2·B2)·(A3·B3)] =P(A1·B1)·P(A2·B2)·P(A3·B3) =P(A1)·P(B1)·P(A2)·P(B2)·P(A3)·P(B3) =0.9×0.8×0.8×0.8×0.7×0.9 ≈0.254 所以,理論考核中至少有兩人合格的概率為0.902; 這三人該課程考核都合格的概率為0.254。 四、典型習題導練 1. 從裝有2個紅球和2個黑球的口袋內(nèi)任取2個球,那么互斥而不對立的兩個事件是( ?。? A.至少有1個黑球,都是黑球 B.至少有1個黑球,至少有1個紅球 C.恰有1個黑球
58、,恰有2個紅球 D.至少有1個黑球,都是紅球 2. 取一個邊長為2的正方形及其內(nèi)切圓,隨機向正方形內(nèi)丟一粒豆子,求豆子落入圓內(nèi)的概率. 3. 某小組有男生6人,女生4人,現(xiàn)從中選出2人去開會,求至少有1名女生的概率. 4.設(shè)有編號分別為1,2,3,4,5的五封信,另有同樣編號的五個信封,現(xiàn)將五封信任意裝入五個信封,每個信封裝入一封信,試求至少有兩封信配對的概率. 5.某班級有52個人,一年若按365天計算,問至少有兩個人的生日在同一天的概率為多大? 6.九個國家乒乓球隊中有3個亞洲國家隊,抽簽分成甲、乙、丙三組(每組3隊)進行預賽,試求:(1)三個組各有一個亞洲國家隊的概率;(2)至少有兩個亞洲國家隊分在同一組的概率.
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。