【学霸笔记:同步精讲】第4章 4.2 第1课时 排列与排列数公式 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 4.2 第1课时 排列与排列数公式 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

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4.2 排列
第1课时 排列与排列数公式
学习任务 核心素养
1.理解排列的概念,能正确写出一些简单问题的所有排列.(重点) 2.理解排列数公式,能利用排列数公式进行计算和证明.(难点) 1.通过学习排列的概念及排列数公式,培养数学抽象的素养. 2.借助排列数公式进行计算,提升数学运算的素养.
在数学竞赛颁奖仪式上,辅导老师和甲、乙两名特等奖获得者合影留念.师生三人站成一排.
(1)辅导老师在正中间时,甲在左边和乙在左边是相同的排法吗?
(2)三人任意排列有多少种可能的排法?
知识点1 排列的概念
一般地,从n个不同元素中取出m(mn)个不同的元素,按照一定的顺序排成一列,叫作从n个不同元素中取出m个元素的一个排列.
知识点2 相同排列的两个条件
①两个排列的元素完全相同.
②元素的排列顺序相同.
1.判断一个具体问题是否为排列问题的关键是什么?
[提示] 关键是在安排取出的元素时是有序还是无序,有序是排列,否则不是.
2.由实数组成的排列与数列一样吗?
[提示] 不一样.由实数组成的排列中元素不能重复,而数列中的各项可以重复.
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)两个排列的元素相同,则这两个排列是相同的排列. (  )
(2)从六名学生中选三名学生参加数学、物理、化学竞赛,共有多少种选法属于排列问题. (  )
(3)有十二名学生参加植树活动,要求三人一组,共有多少种分组方案属于排列问题. (  )
(4)从3,5,7,9中任取两个数进行指数运算,可以得到多少个幂属于排列问题. (  )
(5)从1,2,3,4中任取两个数作为点的坐标,可以得到多少个点属于排列问题. (  )
[提示] (1)因为相同的两个排列不仅元素相同,而且元素的排列顺序也相同.
(2)因为三名学生参赛的科目不同为不同的选法,每种选法与“顺序”有关,属于排列问题.
(3)因为分组之后,各组与顺序无关,故不属于排列问题.
(4)因为任取的两个数进行指数运算,底数不同、指数不同,结果不同.结果与顺序有关,故属于排列问题.
(5)因为纵、横坐标不同,表示不同的点,故属于排列问题.
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√
知识点3 排列与排列数公式
排列数定义 从n个不同元素中取出m(mn)个不同的元素,所有不同排列的个数叫作从n个不同元素中取出m个元素的排列数
排列数表示法
全排列 从n个不同元素中取出n个不同的元素(即全部取出)排成一列,叫作n个元素的一个全排列,此时=n(n-1)(n-2)·…·3·2·1
阶乘 正整数1到n的连乘积,叫作n的阶乘,用n!表示
排列 数公式 乘积式 =n(n-1)(n-2)·…·(n-m+1)
阶乘式 =
性质 =n!,0!=1
备注 n,m∈N+,mn
3.排列与排列数有何区别?
[提示] “一个排列”是指从n个不同的元素中取出m(mn)个不同的元素,按照一定的顺序排成一列,不是数;“排列数”是指从n个不同元素中取出m(mn)个不同的元素的所有不同排列的个数,是一个数,所以符号只表示排列数,而不表示具体的排列.
=________.(用数字表示)
(2)1×2×3×4×5×6×7×8=________.(用排列数表示)
(1)120 =5×4×3×2=120.
(2)最大的数为8,共8个因式,所以可表示为.]
类型1 排列的概念
【例1】 判断下列问题是否为排列问题.
(1)北京、上海、天津三个民航站之间的直达航线的飞机票的价格(假设来回的票价相同);
(2)选2个小组分别去植树和种菜;
(3)选2个小组去种菜;
(4)选10人组成一个学习小组;
(5)选3个人分别担任班长、学习委员、生活委员;
(6)某班40名学生在假期相互写信.
[思路点拨] 判断是否为排列问题关键是选出的元素在被安排时,是否与顺序有关.若与顺序有关,就是排列问题,否则就不是排列问题.
[解] (1)票价只有三种,虽然往返机票是不同的,但票价是一样的,不存在顺序问题,所以不是排列问题.
(2)植树和种菜是不同的,存在顺序问题,属于排列问题.
(3)(4)不存在顺序问题,不属于排列问题.
(5)每个人的职务不同,例如甲当班长或当学习委员是不同的,存在顺序问题,属于排列问题.
(6)A给B写信与B给A写信是不同的,所以存在着顺序问题,属于排列问题.
所以在上述各题中(2)(5)(6)属于排列问题.
 1.解决本题的关键有两点:一是“取出的元素不重复”,二是“与顺序有关”.
2.判断一个具体问题是否为排列问题,就看取出元素后排列是有序的还是无序的,而检验它是否有序的依据就是变换元素的“位置”(这里的“位置”应视具体问题的性质和条件来决定),看其结果是否有变化,有变化就是排列问题,无变化就不是排列问题.
[跟进训练]
1.判断下列问题是不是排列问题.
(1)从2,3,5,7,9中任取两数作为对数的底数与真数,可得多少个不同的对数值?
(2)空间有10个点,任何三点不共线,任何四点不共面,则这10个点共可组成多少个不同的四面体?
(3)若从某班学生中选出5名男生和5名女生后进生组成一个学习小组,共有多少种安排方式?
[解] (1)对数的底数与真数不同,所得的结果不同,是排列问题.
(2)四面体与四个顶点的顺序无关,不是排列问题.
(3)选出的5名男生与5名女生组成一个学习小组与顺序无关,不是排列问题.
综上所述,(1)属于排列问题.
类型2 写出简单问题的所有排列
【例2】 (1)从1,2,3,4这四个数字中任取两个不同的数,则可组成不同的两位数有(  )
A.9个 B.12个 C.15个 D.18个
(2)四个人A,B,C,D坐成一排照相有多少种坐法?将它们列出来.
(1)B [用树形图表示为:
由此可知共有12个.]
(2)[解] 先安排A有4种坐法,安排B有3种坐法,安排C有2种坐法,安排D有1种坐法,由分步乘法计数原理知,有4×3×2×1=24(种).
画出树形图.
由“树形图”可知,所有坐法为ABCD,ABDC,ACBD,ACDB,ADBC,ADCB,BACD,BADC,BCAD,BCDA,BDAC,BDCA,CABD,CADB,CBAD,CBDA,CDAB,CDBA,DACB,DABC,DBAC,DBCA,DCAB,DCBA.
[母题探究]
1.(变条件)在本例(2)中,若在条件中再增加一条“A不坐排头”,则结论如何?
[解] 画出树形图:
由“树形图”可知,所有坐法为BACD,BADC,BCAD,BCDA,BDAC,BDCA,CABD,CADB,CBAD,CBDA,CDAB,CDBA,DACB,DABC,DBAC,DBCA,DCAB,DCBA,共18种坐法.
2.(变条件)在本例(2)中,若在条件中再增加一条“A不坐两头”,则结论如何?
[解] 画出树形图:
由“树形图”可知,所有坐法为BACD,BADC,BCAD,BDAC,CABD,CADB,CBAD,CDAB,DABC,DACB,DBAC,DCAB,共12种.
3.(变条件)在本例(2)中,若在条件中再增加一条“A,B不相邻”,则结论如何?
[解] 画出树形图:
由“树形图”可知,所有坐法为ACBD,ACDB,ADBC,ADCB,BCAD,BCDA,BDAC,BDCA,CADB,CBDA,DACB,DBCA,共12种.
 利用“树形图”法解决简单排列问题的适用范围及策略
(1)适用范围:“树形图”在解决排列元素个数不多的问题时,是一种比较有效的表示方式.
(2)策略:在操作中先将元素按一定顺序排出,然后以先安排哪个元素为分类标准进行分类,再安排第二个元素,并按此元素分类,依次进行,直到完成一个排列,这样能做到不重不漏,然后再按“树形图”写出排列.
[跟进训练]
2.由1,2,3,4这四个数字组成的首位数字是1,且恰有三个相同数字的四位数有(  )
A.9个 B.12个 C.15个 D.18个
B [本题要求首位数字是1,且恰有三个相同的数字,用树形图表示为:
由此可知共有12个.]
3.A,B,C,D四个民航站之间的直达航线,需要准备多少种不同的飞机票?将它们列出来.
[解] 先确定起点,有4种方法,再确定终点,有3种方法.由分步乘法计数原理知,共需要4×3=12种不同的机票.列举如下:
起点站 终点站 飞机票
类型3 排列数公式的应用
 排列数的计算与证明
【例3】 (1)计算;
(2)证明:=(kmn,k,m,n∈N+).
[解] (1)原式==.
(2)证明:右边===左边,
∴原等式成立.
 与排列数相关的方程或不等式
【例4】 (1)解方程:;
(2)解不等式:.
[解] (1)由,得,
即,
化简得x2-19x+78=0,解得x=6或x=13.
∵0(2)原不等式可化为>,
即x2-21x+104>0,整理得(x-8)(x-13)>0,
∴x<8或x>13.
又易得2∴2故x=3,4,5,6,7.
 1.排列数的计算方法
(1)排列数的计算主要是利用排列数的乘积公式进行,应用时注意:连续正整数的积可以写成某个排列数,其中最大的是排列元素的总个数,而正整数(因式)的个数是选取元素的个数,这是排列数公式的逆用.
(2)应用排列数公式的阶乘形式时,一般写出它们的式子后,再提取公因式,然后计算,这样往往会减少运算量.
2.解含排列数的方程或不等式的注意点
计算排列数或解含有排列数的方程或不等式时,要注意先提取公因式进行化简,然后计算,这样做可以减少运算量中隐含了如下条件:m,n∈N+,m的运算结果为正整数.在解与排列数有关的方程或不等式时,要注意未知数的取值范围.
[跟进训练]
4.(1)计算;
(2)证明:==.
[解] (1)法一:.
法二:.
(2)证明:∵=(n+1)×n×(n-1)×…×3×2×1,
=(n+1)×n×(n-1)×…×3×2,
∴=.
又=(n+1)·n!=(n+1)×n×(n-1)×…×3×2×1
=(n+1)!=,
∴==.
1.已知下列问题:
①从甲、乙、丙三名同学中选出两名分别参加数学和物理学习小组;
②从甲、乙、丙三名同学中选出两名同学参加一项活动;
③从a,b,c,d四个字母中取出2个字母;
④从1,2,3,4四个数字中取出2个数字组成一个两位数.
其中是排列问题的有(  )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
B [①是排列问题,因为两名同学参加的活动与顺序有关;②不是排列问题,因为两名同学参加的活动与顺序无关;③不是排列问题,因为取出的两个字母与顺序无关;④是排列问题,因为取出的两个数字还需要按顺序排成一列.]
2.4×5×6×…×(n-1)×n=(  )
A. B.
C.n!-4! D.
D [4×5×6×…×(n-1)×n中共有n-4+1=n-3个因式,最大数为n,最小数为4,故4×5×6×…×(n-1)×n=.]
3.甲、乙、丙三人排成一排照相,甲不站在排头的所有排列种数为(  )
A.6 B.4 C.8 D.10
B [列树形图如下:
,共4种.]
=________.
120 [原式=-+==5×4×3×2×1=120.]
>2的解集为________.
{n|n>4且n∈N+} [>2得 n>4且n∈N+,
所以n>4且n∈N+}.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)你能写出排列数公式吗?
[提示] =n(n-1)(n-2)·…·(n-m+1),
(m,n∈N+,且mn).
(2)排列与排列数是一回事吗?
[提示] 不是一回事.一个排列是完成一件事的一种方法,排列数是指所有排列的个数.
(3)怎样灵活选择两个排列数公式?
[提示] =n(n-1)·…·(n-m+1)适用于m已知的排列数的计算以及排列数的方程和不等式.
适用于与排列数有关的证明、解方程、解不等式等.
课时分层作业(三十六) 排列与排列数公式
一、选择题
1.89×90×91×92×…×100可表示为(  )
C [=.]
2.计算=(  )
A.12 B.24 C.36 D.48
C [,
所以原式==36.]
3.若,则n=(  )
A.1 B.8 C.9 D.10
B [∵,∴2n(2n-1)(2n-2)=10n(n-1)(n-2),
化简得4n-2=5n-10,则n=8.]
4.(多选题)满足-n<7的n的可能取值为(  )
A.2 B.3 C.4 D.5
BC [由-n<7得(n-1)(n-2)-n<7,所以n2-4n-5<0,
即-1所以n可以取值3,4.]
5.(多选题)下列各式中,等于n!的是(  )
A.  B.
C. D.·(n+1)!
ACD [=n!=(n+1)!,
=n(n-1)!=n!,(n+1)!=·(n+1)·n!=n!.故选ACD.]
二、填空题
6.=________.
 [
=.]
7.如果=15×14×13×12×11×10,那么n=________,m=________.
15 6 []
8.满足不等式>12的n的最小值为________.
10 [由排列数公式得>12,所以(n-5)(n-6)>12,即n2-11n+18>0,解得n>9或n<2,又n≥7,所以n>9,又n∈N+,所以n的最小值为10.]
三、解答题
9.A、B、C、D四名同学重新换位(每个同学都不能坐其原来的位子),试列出所有可能的换位方法.
[解] 假设A、B、C、D四名同学原来的位子分别为1,2,3,4号,树形图如下:
换位后,原来1,2,3,4号座位上坐的同学的所有可能排法有:BADC,BCDA,BDAC,CADB,CDAB,CDBA,DABC,DCAB,DCBA,共9种换位方法.
10.(1)解不等式;
(2)证明:-.
[解] (1)由,得<6×,
化简得x2-19x+84<0,解得7又∴2由①②及x∈N+得x=8.
(2)证明:-,所以-.
11.若S=+++…+,则S的个位数字是(  )
A.0 B.3 C.5 D.8
B [∵=120,∴n≥5时的个位数都为零,∴1!+2!+3!+4!=1+2+6+24=33.
故S的个位数字为3.]
12.(多选题)下列等式正确的是(  )
A.= B.=(n-2)!
=n×n D.=
ABD [∵=(n+1)·n·(n-1)·…·(n-m+1),
=(n+1)·n·(n-1)·…·(n-m+1),
∴=,故A成立.
=(n-2)!,故B成立.
=n!≠n×n,故C不成立.
∵·n(n-1)(n-2)·…·(n-m)=n(n-1)(n-2)·…·(n-m+1)=,故D成立.]
13.已知=89,则n的值为________.
15 [根据题意,=89,则=90,变形可得,则有,
变形可得(n-5)(n-6)=90,
解得n=15或n=-4(舍),故n=15.]
14.已知自然数n满足,则n=________,=________.
4 4 [由得3(n+1)n(n-1)=2(n+2)(n+1)+6(n+1)n,
整理得3n2-11n-4=0,由于n∈N+,所以n=4,=4.]
15.探讨与的关系,并计算.
[解] =(n+1)!=n!,
∵=(n+1)·n!=,
∴+,
即=-,

=(-+(--)+…+(- )
=-=9!-1=362 879.
1 / 14.2 排列
第1课时 排列与排列数公式
学习任务 核心素养
1.理解排列的概念,能正确写出一些简单问题的所有排列.(重点) 2.理解排列数公式,能利用排列数公式进行计算和证明.(难点) 1.通过学习排列的概念及排列数公式,培养数学抽象的素养. 2.借助排列数公式进行计算,提升数学运算的素养.
在数学竞赛颁奖仪式上,辅导老师和甲、乙两名特等奖获得者合影留念.师生三人站成一排.
(1)辅导老师在正中间时,甲在左边和乙在左边是相同的排法吗?
(2)三人任意排列有多少种可能的排法?
知识点1 排列的概念
一般地,从n个不同元素中取出m(mn)个不同的元素,按照__________排成一列,叫作从n个不同元素中取出m个元素的一个排列.
知识点2 相同排列的两个条件
①两个排列的____完全相同.
②元素的排列____相同.
1.判断一个具体问题是否为排列问题的关键是什么?
                                   
                                   
                                   
                                   
2.由实数组成的排列与数列一样吗?
                                   
                                   
                                   
                                   
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)两个排列的元素相同,则这两个排列是相同的排列. (  )
(2)从六名学生中选三名学生参加数学、物理、化学竞赛,共有多少种选法属于排列问题. (  )
(3)有十二名学生参加植树活动,要求三人一组,共有多少种分组方案属于排列问题. (  )
(4)从3,5,7,9中任取两个数进行指数运算,可以得到多少个幂属于排列问题. (  )
(5)从1,2,3,4中任取两个数作为点的坐标,可以得到多少个点属于排列问题. (  )
知识点3 排列与排列数公式
排列数定义 从n个不同元素中取出m(mn)个不同的元素,所有________的个数叫作从n个不同元素中取出m个元素的排列数
排列数表示法
全排列 从n个不同元素中取出n个不同的元素(即全部取出)排成一列,叫作n个元素的一个全排列,此时=n(n-1)(n-2)·…·3·2·1
阶乘 正整数1到n的连乘积,叫作n的阶乘,用n!表示
排列 数公式 乘积式 =_____________________________________
阶乘式 =
性质 =___,0!=__
备注 n,m∈N+,mn
3.排列与排列数有何区别?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
=________.(用数字表示)
(2)1×2×3×4×5×6×7×8=________.(用排列数表示)
类型1 排列的概念
【例1】 判断下列问题是否为排列问题.
(1)北京、上海、天津三个民航站之间的直达航线的飞机票的价格(假设来回的票价相同);
(2)选2个小组分别去植树和种菜;
(3)选2个小组去种菜;
(4)选10人组成一个学习小组;
(5)选3个人分别担任班长、学习委员、生活委员;
(6)某班40名学生在假期相互写信.
[思路点拨] 判断是否为排列问题关键是选出的元素在被安排时,是否与顺序有关.若与顺序有关,就是排列问题,否则就不是排列问题.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 1.解决本题的关键有两点:一是“取出的元素不重复”,二是“与顺序有关”.
2.判断一个具体问题是否为排列问题,就看取出元素后排列是有序的还是无序的,而检验它是否有序的依据就是变换元素的“位置”(这里的“位置”应视具体问题的性质和条件来决定),看其结果是否有变化,有变化就是排列问题,无变化就不是排列问题.
[跟进训练]
1.判断下列问题是不是排列问题.
(1)从2,3,5,7,9中任取两数作为对数的底数与真数,可得多少个不同的对数值?
(2)空间有10个点,任何三点不共线,任何四点不共面,则这10个点共可组成多少个不同的四面体?
(3)若从某班学生中选出5名男生和5名女生后进生组成一个学习小组,共有多少种安排方式?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型2 写出简单问题的所有排列
【例2】 (1)从1,2,3,4这四个数字中任取两个不同的数,则可组成不同的两位数有(  )
A.9个 B.12个 C.15个 D.18个
(2)四个人A,B,C,D坐成一排照相有多少种坐法?将它们列出来.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
[母题探究]
1.(变条件)在本例(2)中,若在条件中再增加一条“A不坐排头”,则结论如何?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
2.(变条件)在本例(2)中,若在条件中再增加一条“A不坐两头”,则结论如何?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
3.(变条件)在本例(2)中,若在条件中再增加一条“A,B不相邻”,则结论如何?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 利用“树形图”法解决简单排列问题的适用范围及策略
(1)适用范围:“树形图”在解决排列元素个数不多的问题时,是一种比较有效的表示方式.
(2)策略:在操作中先将元素按一定顺序排出,然后以先安排哪个元素为分类标准进行分类,再安排第二个元素,并按此元素分类,依次进行,直到完成一个排列,这样能做到不重不漏,然后再按“树形图”写出排列.
[跟进训练]
2.由1,2,3,4这四个数字组成的首位数字是1,且恰有三个相同数字的四位数有(  )
A.9个 B.12个 C.15个 D.18个
3.A,B,C,D四个民航站之间的直达航线,需要准备多少种不同的飞机票?将它们列出来.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型3 排列数公式的应用
 排列数的计算与证明
【例3】 (1)计算;
(2)证明:=(kmn,k,m,n∈N+).
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 与排列数相关的方程或不等式
【例4】 (1)解方程:;
(2)解不等式:.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 1.排列数的计算方法
(1)排列数的计算主要是利用排列数的乘积公式进行,应用时注意:连续正整数的积可以写成某个排列数,其中最大的是排列元素的总个数,而正整数(因式)的个数是选取元素的个数,这是排列数公式的逆用.
(2)应用排列数公式的阶乘形式时,一般写出它们的式子后,再提取公因式,然后计算,这样往往会减少运算量.
2.解含排列数的方程或不等式的注意点
计算排列数或解含有排列数的方程或不等式时,要注意先提取公因式进行化简,然后计算,这样做可以减少运算量中隐含了如下条件:m,n∈N+,m的运算结果为正整数.在解与排列数有关的方程或不等式时,要注意未知数的取值范围.
[跟进训练]
4.(1)计算;
(2)证明:==.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
1.已知下列问题:
①从甲、乙、丙三名同学中选出两名分别参加数学和物理学习小组;
②从甲、乙、丙三名同学中选出两名同学参加一项活动;
③从a,b,c,d四个字母中取出2个字母;
④从1,2,3,4四个数字中取出2个数字组成一个两位数.
其中是排列问题的有(  )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
2.4×5×6×…×(n-1)×n=(  )
A. B.
C.n!-4! D.
3.甲、乙、丙三人排成一排照相,甲不站在排头的所有排列种数为(  )
A.6 B.4 C.8 D.10
=________.
>2的解集为________.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)你能写出排列数公式吗?
(2)排列与排列数是一回事吗?
(3)怎样灵活选择两个排列数公式?
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