【学霸笔记:同步精讲】第4章 4.1 4.1.1 4.1.2 第2课时 分类加法计数原理与分步乘法计数原理的应用 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

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【学霸笔记:同步精讲】第4章 4.1 4.1.1 4.1.2 第2课时 分类加法计数原理与分步乘法计数原理的应用 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

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第2课时 分类加法计数原理与分步乘法计数原理的应用
学习任务 核心素养
1.进一步理解和掌握分类加法计数原理与分步乘法计数原理.(重点) 2.能根据具体问题的特征,选择两个计数原理解决一些实际问题.(重点、难点) 3.会根据实际问题的特征,合理地分类或分步.(难点、易混点) 1.借助两个计数原理解题,提升数学运算的素养. 2.通过合理地分类或分步解决问题,提升逻辑推理的素养.
类型1 组数问题
【例1】 有0,1,2,3,4五个数字.
(1)可以排出多少个三位数字的电话号码?
(2)可以排成多少个三位数?
(3)可以排成多少个能被2整除的无重复数字的三位数?
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
[母题探究]
1.(变设问)由本例中的五个数字可以组成多少个无重复数字的四位奇数?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
2.(变设问)在本例条件下,能组成多少个能被3整除的无重复数字的四位数?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 解决组数问题的方法
(1)对于组数问题,一般按特殊位置(一般是末位和首位)由谁占领分类,分类中再按特殊位置(或者特殊元素)优先的方法分步完成;如果正面分类较多,可采用间接法从反面求解.
(2)解决组数问题,应特别注意其限制条件,有些条件是隐藏的,要善于挖掘.排数时,要注意特殊元素、特殊位置优先的原则.
[跟进训练]
1.由0,1,2,3这四个数字,可组成多少个:
(1)无重复数字的三位数?
(2)可以有重复数字的三位数?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型2 抽取(分配)问题
【例2】 高三年级的三个班到甲、乙、丙、丁四个工厂进行社会实践,其中工厂甲必须有班级去,每班去何工厂可自由选择,则不同的分配方案有(  )
A.16种 B.18种 C.37种 D.48种
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 求解抽取(分配)问题的方法
(1)当涉及对象数目不大时,一般选用枚举法、树状图法、框图法或者图表法.
(2)当涉及对象数目很大时,一般有两种方法:①直接法:直接使用分类加法计数原理或分步乘法计数原理.②间接法:去掉限制条件,计算所有的抽取方法数,然后减去所有不符合条件的抽取方法数即可.
[跟进训练]
2.3个不同的小球放入5个不同的盒子,每个盒子至多放一个小球,共有多少种方法?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型3 种植与涂色问题
 涂色问题
【例3】 将红、黄、绿、黑四种不同的颜色涂在如图所示的图中,要求相邻的两个区域的颜色都不相同,则有多少种不同的涂色方法?
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 种植问题
【例4】 在一块并排10垄的田地中,选择2垄分别种植A,B两种作物,每种作物种植一垄,为有利于作物生长,要求A,B两种作物的间隔不小于6垄,则不同的选垄方法共多少种?
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 解决涂色(种植)问题的一般思路
涂色问题一般是综合利用两个计数原理求解,有几种常用方法:(1)按区域的不同,以区域为主分步计数,用分步乘法计数原理分析;(2)以颜色为主分类讨论,适用于“区域、点、线段”等问题,用分类加法计数原理分析;(3)将空间问题平面化,转化成平面区域的涂色问题.种植问题按种植的顺序分步进行,用分步乘法计数原理计数或按种植品种恰当选取情况分类,用分类加法计数原理计数.
[跟进训练]
3.(1)如图所示,有A,B,C,D四地,其中B与A,C,D相邻,且A,C,D互不相邻,要求相邻两地涂不同色,现有五种不同颜色可供选用,则不同的涂色方法有________种.
(2)小张计划从仓库里的玉米、土豆、茄子、辣椒、胡萝卜这5种种子中选出4种分别种植在四块不同的空地上(一块空地只能种植一种作物),若小张已决定在第一块空地上种茄子或辣椒,则不同的种植方案共有________种.
1.某年级要从3名男生,2名女生中选派3人参加某次社区服务,如果要求至少有1名女生,那么不同的选派方案有(  )
A.6种 B.7种
C.8种 D.9种
2.从1,2,3,4,5五个数中任取3个,可组成不同的等差数列的个数为(  )
A.2 B.4
C.6 D.8
3.现有4种不同颜色要对如图所示的四个部分进行着色,要求有公共边界的两块不能用同一种颜色,则不同的着色方法共有(  )
A.24种 B.30种
C.36种 D.48种
4.将3封不同的信件投到4个不同的邮箱中,则不同的投法种数为________.
5.将3种作物种植在如图所示的5块试验田里,每块种植一种作物且相邻的试验田不能种植同一种作物,不同的种植方法共有________种.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)选用分步乘法计数原理的依据是什么?
(2)解决较复杂的计数问题应注意什么?
1 / 1第2课时 分类加法计数原理与分步乘法计数原理的应用
学习任务 核心素养
1.进一步理解和掌握分类加法计数原理与分步乘法计数原理.(重点) 2.能根据具体问题的特征,选择两个计数原理解决一些实际问题.(重点、难点) 3.会根据实际问题的特征,合理地分类或分步.(难点、易混点) 1.借助两个计数原理解题,提升数学运算的素养. 2.通过合理地分类或分步解决问题,提升逻辑推理的素养.
类型1 组数问题
【例1】 有0,1,2,3,4五个数字.
(1)可以排出多少个三位数字的电话号码?
(2)可以排成多少个三位数?
(3)可以排成多少个能被2整除的无重复数字的三位数?
[解] (1)三位数字的电话号码,首位可以是0,数字也可以重复,每个位置都有5种排法,共有5×5×5=53=125种.
(2)三位数的首位不能为0,但可以有重复数字,首先考虑首位的排法,除0外共有4种方法,第二、三位可以排0,因此,共有4×5×5=100种.
(3)被2整除的数即为偶数,末位数字可取0,2,4,因此,可以分两类,一类是末位数字是0,则有4×3=12种排法;另一类是末位数字不是0,则末位有2种排法,即2或4,再排首位,因0不能在首位,所以有3种排法,十位有3种排法,因此有2×3×3=18种排法.因而有12+18=30种排法.即可以排成30个能被2整除的无重复数字的三位数.
[母题探究]
1.(变设问)由本例中的五个数字可以组成多少个无重复数字的四位奇数?
[解] 完成“组成无重复数字的四位奇数”这件事,可以分四步:第一步定个位,只能从1,3中任取一个,有2种方法;第二步定首位,把1,2,3,4中除去用过的一个还有3个可任取一个,有3种方法;第三步,第四步把剩下的包括0在内的还有3个数字,先排百位有3种方法,再排十位有2种方法.由分步乘法计数原理共有2×3×3×2=36个.
2.(变设问)在本例条件下,能组成多少个能被3整除的无重复数字的四位数?
[解] 一个四位数能被3整除,必须各位上数字之和能被3整除,故组成四位数的四个数字只能是0,1,2,3或0,2,3,4两类.所以满足题设的四位数共有3×3×2×1+3×3×2×1=36个.
 解决组数问题的方法
(1)对于组数问题,一般按特殊位置(一般是末位和首位)由谁占领分类,分类中再按特殊位置(或者特殊元素)优先的方法分步完成;如果正面分类较多,可采用间接法从反面求解.
(2)解决组数问题,应特别注意其限制条件,有些条件是隐藏的,要善于挖掘.排数时,要注意特殊元素、特殊位置优先的原则.
[跟进训练]
1.由0,1,2,3这四个数字,可组成多少个:
(1)无重复数字的三位数?
(2)可以有重复数字的三位数?
[解] (1)0不能做百位数字,所以百位数字有3种选择,十位数字有3种选择,个位数字有2种选择,所以无重复数字的三位数共有3×3×2=18(个).
(2)百位数字有3种选择,十位数字有4种选择,个位数字也有4种选择.
由分步乘法计数原理知,可以有重复数字的三位数共有3×4×4=48(个).
类型2 抽取(分配)问题
【例2】 高三年级的三个班到甲、乙、丙、丁四个工厂进行社会实践,其中工厂甲必须有班级去,每班去何工厂可自由选择,则不同的分配方案有(  )
A.16种 B.18种 C.37种 D.48种
C [高三年级的三个班到甲、乙、丙、丁四个工厂进行社会实践有43种不同的分配方案,若三个班都不去工厂甲则有33种不同的分配方案.则满足条件的不同的分配方案有43-33=37(种).故选C.]
 求解抽取(分配)问题的方法
(1)当涉及对象数目不大时,一般选用枚举法、树状图法、框图法或者图表法.
(2)当涉及对象数目很大时,一般有两种方法:①直接法:直接使用分类加法计数原理或分步乘法计数原理.②间接法:去掉限制条件,计算所有的抽取方法数,然后减去所有不符合条件的抽取方法数即可.
[跟进训练]
2.3个不同的小球放入5个不同的盒子,每个盒子至多放一个小球,共有多少种方法?
[解] 法一:(以小球为研究对象)分三步来完成:
第一步,放第一个小球有5种选择;
第二步,放第二个小球有4种选择;
第三步,放第三个小球有3种选择.
根据分步乘法计数原理得:
共有方法数N=5×4×3=60.
法二:(以盒子为研究对象)盒子标上序号1,2,3,4,5,分成以下10类:
第一类,空盒子标号为(1,2),选法有3×2×1=6(种);
第二类,空盒子标号为(1,3),选法有3×2×1=6(种);
第三类,空盒子标号为(1,4),选法有3×2×1=6(种);
分类还有以下几种情况:空盒子标号分别为(1,5),(2,3),(2,4),(2,5),(3,4),(3,5),(4,5),共10类,每一类都有6种方法.
根据分类加法计数原理得,共有方法数N==60(种).
类型3 种植与涂色问题
 涂色问题
【例3】 将红、黄、绿、黑四种不同的颜色涂在如图所示的图中,要求相邻的两个区域的颜色都不相同,则有多少种不同的涂色方法?
[解] 法一:给图中区域标上记号A,B,C,D,E,如图所示.
①当B与D同色时,有4×3×2×1×2=48种.
②当B与D不同色时,有4×3×2×1×1=24种.
故共有48+24=72种不同的涂色方法.
法二:按涂色时所用颜色种数多少分类:
第一类,用4种颜色.此时B,D区域或A,E区域同色,则共有2×4×3×2×1=48种不同涂法.
第二类,用3种颜色.此时B,D同色,A,E同色,先从4种颜色中取3种,再涂色,共4×3×2×1=24种不同涂法.
由分类加法计数原理知共有48+24=72种不同涂法.
 种植问题
【例4】 在一块并排10垄的田地中,选择2垄分别种植A,B两种作物,每种作物种植一垄,为有利于作物生长,要求A,B两种作物的间隔不小于6垄,则不同的选垄方法共多少种?
[解] 将并排的10垄田地从左到右编号为1到10号.由于A,B两种作物的间隔不小于6垄,依据题意知也不大于8垄,运用分类讨论的思想,根据两种作物的左右及间隔进行讨论.
当A种在B左边时(括号内为田垄的序号),
①间隔6垄时,(1,8),(2,9),(3,10);
②间隔7垄时,(1,9),(2,10);
③间隔8垄时,(1,10).
上述共有6种选垄方法.
当B种在A左边时,同理也有6种选垄方法,
综上所述,总的选垄方法数为6+6=12(种).
 解决涂色(种植)问题的一般思路
涂色问题一般是综合利用两个计数原理求解,有几种常用方法:(1)按区域的不同,以区域为主分步计数,用分步乘法计数原理分析;(2)以颜色为主分类讨论,适用于“区域、点、线段”等问题,用分类加法计数原理分析;(3)将空间问题平面化,转化成平面区域的涂色问题.种植问题按种植的顺序分步进行,用分步乘法计数原理计数或按种植品种恰当选取情况分类,用分类加法计数原理计数.
[跟进训练]
3.(1)如图所示,有A,B,C,D四地,其中B与A,C,D相邻,且A,C,D互不相邻,要求相邻两地涂不同色,现有五种不同颜色可供选用,则不同的涂色方法有________种.
(2)小张计划从仓库里的玉米、土豆、茄子、辣椒、胡萝卜这5种种子中选出4种分别种植在四块不同的空地上(一块空地只能种植一种作物),若小张已决定在第一块空地上种茄子或辣椒,则不同的种植方案共有________种.
(1)320 (2)48 [(1)由题意知本题是一个分步乘法计数问题,首先涂A,有5种结果,再涂B,有4种结果,然后涂C,有4种结果,再涂D有4种结果,即共有5×4×4×4=320种结果.
(2)当第一块地种茄子时,有4×3×2=24种不同的种法;当第一块地种辣椒时,有4×3×2=24种不同的种法,故共有48种不同的种植方案.]
1.某年级要从3名男生,2名女生中选派3人参加某次社区服务,如果要求至少有1名女生,那么不同的选派方案有(  )
A.6种 B.7种
C.8种 D.9种
D [可按女生人数分类:若选派一名女生,有2×3=6种;若选派2名女生,则有3种.由分类加法计数原理,共有9种不同的选派方法.]
2.从1,2,3,4,5五个数中任取3个,可组成不同的等差数列的个数为(  )
A.2 B.4
C.6 D.8
D [第一类,公差大于0,有①1,2,3,②2,3,4,③3,4,5,④1,3,5,共4个等差数列;
第二类,公差小于0,也有4个.
根据分类加法计数原理可知,共有4+4=8个不同的等差数列.]
3.现有4种不同颜色要对如图所示的四个部分进行着色,要求有公共边界的两块不能用同一种颜色,则不同的着色方法共有(  )
A.24种 B.30种
C.36种 D.48种
D [由题意知本题是一个分步计数问题,需要先给最上面一块着色,有4种结果,
再给中间左边一块着色,有3种结果,
再给中间右边一块着色有2种结果,
最后给下面一块着色,有2种结果,根据分步乘法计数原理知共有4×3×2×2=48种结果.]
4.将3封不同的信件投到4个不同的邮箱中,则不同的投法种数为________.
64 [第一步,第一封信可以投到4个邮箱,有4种投法,第二步,第二封信可以投到4个邮箱,有4种投法,同理第三封也有4种投法,由分步乘法计数原理知不同的投法种数为4×4×4=64.]
5.将3种作物种植在如图所示的5块试验田里,每块种植一种作物且相邻的试验田不能种植同一种作物,不同的种植方法共有________种.
42 [从左往右5块试验田分别有3,2,2,2,2种种植方法,共有3×2×2×2×2=48种方法,其中5块试验田只种植2种作物共有3×2×1×1×1=6种方法,所以有48-6=42种不同的种植方法.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)选用分步乘法计数原理的依据是什么?
[提示] 当解决一个问题要分成若干步,每一步只能完成这件事的一部分,且只有所有步都完成后,这件事才完成,此时就采用分步乘法计数原理.
(2)解决较复杂的计数问题应注意什么?
[提示] 解决较复杂的计数问题一般要用两个计数原理,需注意合理分类,准确分步.
分类标准要明确,做到不重不漏,分步要步步独立,步骤完整.
课时分层作业(三十五) 分类加法计数原理与分步乘法计数原理的应用
一、选择题
1.由数字0,1,2,3,4可组成无重复数字的两位数的个数是(  )
A.25 B.20 C.16 D.12
C [分两步:先选十位,再选个位,可组成无重复数字的两位数的个数为4×4=16.]
2.5名同学去听同时进行的4个课外知识讲座,每个同学可自由选择,且必须选择一个知识讲座,则不同的选择种数是(  )
A.54 B.45
C.5×4×3×2 D.5×4
B [5名同学每人都选一个课外知识讲座,则每人都有4种选择,由分步乘法计数原理知共有4×4×4×4×4=45种选择.]
3.用数字2,3组成四位数,且数字2,3至少出现一次,这样的四位数的个数是(  )
A.20 B.16 C.14 D.12
C [因为四位数的每个位数上都有两种可能性(取2或3),其中四个数字全是2或3的不合题意,所以符合题意得有2×2×2×2-2=14个.]
4.从集合{1,2,3}和{1,4,5,6}中各取1个元素作为点的坐标,则在直角坐标系中能确定不同点的个数为(  )
A.12 B.11 C.24 D.23
D [先在{1,2,3}中取出一个元素,共有3种取法,再在{1,4,5,6}中取出一个元素,共有4种取法,取出的两个数作为点的坐标有2种方法,由分步乘法计数原理知不同的点的个数有N=3×4×2=24个.又点(1,1)被算了两次,所以共有24-1=23个.]
5.同室四人各写一张贺年卡,先集中起来,然后每人从中拿一张别人的贺年卡,则四张贺年卡不同的分配方式有(  )
A.12种 B.9种 C.8种 D.6种
B [法一:设四人分别为a、b、c、d,写的卡片分别为A、B、C、D,
由于每个人都要拿别人写的,即不能拿自己写的,故a有三种拿法,
不妨设a拿了B,则b可以拿剩下三张中的任一张,也有三种拿法,c和d只能有一种拿法,
所以共有3×3×1×1=9种分配方式.
法二:根据题意,设四人分别为甲、乙、丙、丁,列举出所有的结果,
(1)甲、乙互换,丙、丁互换;
(2)甲、丙互换,乙、丁互换;
(3)甲、丁互换,乙、丙互换;
(4)甲要乙的,乙要丙的,丙要丁的,丁要甲的;
(5)甲要乙的,乙要丁的,丙要甲的,丁要丙的;
(6)甲要丙的,丙要乙的,乙要丁的,丁要甲的;
(7)甲要丙的,丙要丁的,乙要丁的,丁要甲的;
(8)甲要丁的,丁要乙的,乙要丙的,丙要甲的;
(9)甲要丁的,丁要丙的,乙要甲的,丙要乙的.
通过列举可以得到共有9种结果.]
二、填空题
6.3张不同的电影票全部分给10个人,每人至多一张,则不同分法的种数是________.
720 [由题意知,本题是一个分步计数问题,因为3张不同的电影票全部分给10个人,每人至多一张,所以第一张有10种不同的分法,第二张有9种不同的分法,第三张有8种不同的分法,根据分步乘法计数原理知有10×9×8=720种不同的分法.]
7.用0,1,2,3,4,5可以组成无重复数字的比2 000大的四位奇数________个.
120 [按末位是1,3,5分三类计数:第一类:末位是1,共有4×4×3=48个;第二类:末位是3的共有3×4×3=36个;第三类:末位是5的共有3×4×3=36个,由分类加法计数原理知共有48+36+36=120个.]
8.将一个四棱锥的每个顶点染上一种颜色,并使同一条棱上的两端异色,若只有5种颜色可供使用,则不同的染色方法总数有________种.
420 [如图,四棱锥S-ABCD,按S→A→B→C→D依次染色,当A,C同色时有5×4×3×1×3=180种.
当A,C不同色时,有
5×4×3×2×2=240种.
因此共有180+240=420种.]
三、解答题
9.用0,1,2,3,…,9十个数字可以组成多少个不同的:
(1)三位数;
(2)无重复数字的三位数;
(3)小于500且没有重复数字的自然数.
[解] (1)由于0不能在首位,所以首位数字有9种选法,十位与个位上的数字均有10种选法,
所以不同的三位数共有9×10×10=900个.
(2)百位数字有9种选法,十位数字有除百位数字以外的9种选法,个位数字应从剩余8个数字中选取,所以共有9×9×8=648个无重复数字的三位数.
(3)一位自然数有10个,二位自然数有9×9=81个,三位自然数有4×9×8=288个.
所以共有10+81+288=379个小于500且无重复数字的自然数.
10.用6种不同的颜色为如图所示的广告牌着色,要求在A,B,C,D四个区域中相邻(有公共边的)区域不用同一种颜色,求共有多少种不同的着色方法.
[解] 法一:分类:
第一类,A,D涂同色,有6×5×4=120种涂法,
第二类,A,D涂异色,有6×5×4×3=360种涂法,
共有120+360=480种涂法.
法二:分步:先涂B区,有6种涂法,再涂C区,有5种涂法,最后涂A,D区域,各有4种涂法,
所以共有6×5×4×4=480种涂法.
法三:以四个区域涂n种颜色为标准分类,可知至少用三种颜色,最多用四种颜色.
第一类:用三种颜色着色,A,D区域必须是同种颜色,
有6×5×4=120种涂法.
第二类:用四种颜色着色,四个区域的颜色均不相同,
有6×5×4×3=360种涂法.
所以共有120+360=480种不同涂法.
11.(多选题)6位同学在毕业聚会活动中进行纪念品的交换,任意两位同学之间最多交换一次,进行交换的两位同学互赠一份纪念品.已知6位同学之间共进行了13次交换,则收到4份纪念品的同学人数为(  )
A.1 B.2 C.3 D.4
BD [设6位同学分别用a,b,c,d,e,f表示.若任意两位同学之间都进行交换,共进行5+4+3+2+1=15次交换,现共进行了13次交换,说明有2次交换没有发生,此时可能有两种情况:
(1)由3人构成的2次交换,如a—b和a—c之间的交换没有发生,则收到4份纪念品的有b,c两人.
(2)由4人构成的2次交换,如a—b和c—e之间的交换没有发生,则收到4份纪念品的有a,b,c,e四人,故选BD.]
12.将1,2,3,…,9这9个数字填在如图的9个空格中,要求每一行从左到右,每一列从上到下分别依次增大.当3,4固定在图中的位置时,填写空格的方法为(  )
3 4
A.6种 B.12种 C.18种 D.24种
A [因为每一行从左到右,每一列从上到下分别依次增大,1,2,9只有一种填法,5只能填在右上角或左下角,5填好后与之相邻的空格可填6,7,8任一个;余下两个数字按从小到大只有一种方法.共有2×3=6种结果,故选A.]
13.用数字1,2,3,4,5,6组成无重复数字的三位数,然后由小到大排成一个数列,这个数列的项数为________,这个数列的第90项为________.
120 532 [第一步确定百位数,有6种方法,第二步确定十位数有5种方法,第三步确定个位数有4种方法,根据分步乘法计数原理知共有N=6×5×4=120个三位数.所以该数列的项数为120.
百位是1,2,3,4的共有4×5×4=80个,百位数是5的三位数中,十位是1或2的共有4+4=8个,故第88个为526、第89个为531、第90个为532.]
14.对于各数互不相等的正数数组(i1,i2,…,in)(n是不小于2的正整数),如果在p6 [根据题意,各数互不相等的正数数组(a1,a2,a3,a4,a5)的“顺序数”是4,假设a1a3,a3>a4,a4>a5,则(a5,a4,a3,a2,a1)的“顺序数”是6.]
15.设集合I={1,2,3,4,5},选择I的两个非空子集A和B,要使B中最小的数大于A中最大的数,则不同的选择方法共有多少种?
[解] 以A中最大的数为标准,进行分类讨论.A中最大的数可能为1,2,3,4,共四种情况.
按分类加法计数原理做如下讨论:
①当A中最大的数为1时,即A={1},B可以是{2,3,4,5}的非空子集,即有24-1=15种方法.
②当A中最大的数为2时,A可以是{2}或{1,2},B可以是{3,4,5}的非空子集,即有2×(23-1)=14种方法.
③当A中最大的数为3时,A可以是{3},{1,3},{2,3},{1,2,3},B可以是{4,5}的非空子集,即有4×(22-1)=12种方法.
④当A中最大的数为4时,A可以是{4},{1,4},{2,4},{3,4},{1,2,4},{1,3,4}, {2,3,4},{1,2,3,4},B可以是{5},即有8×1=8种方法.
故共有15+14+12+8=49种方法.
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