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小学奥数每日一题027 - 出神入化的排列组合问题

时间:2022-04-23 11:28:13 热议 我要投稿

题目:一个圆桌有12个座位,编号为1至12。现有4个学生和4个家长入座,要求学生坐在偶数位,家长与孩子相邻。满足要求的坐法共有多少种?

今天的题目是排列组合问题。

如果你想思考一下,可以暂停滚屏,思考1分钟后,再继续。

思路分析:这道题属于排列组合问题,基本方法就是加法与乘法原理,分类讨论用加法,分步骤进行用乘法。题目的难点有两处:第一是共有4个空位,第二是家长和学生的左右关系不一定。由于4个空位中有2个是偶数,而偶数空位的间隔情况,决定着奇数空位的选择种数,又决定着家长与学生的左右关系。故应该首先对此进行分类讨论。先对偶数空位的间隔情况进行讨论,

再对不同的情况分别计算坐法种数,

最后将几种情况的结果相加。

步骤1:先思考第一个问题,偶数空位的间隔情况有几种可能?这个问题比较简单,2,4,6,8,10,12这6个偶数围成一圈,由于间隔3个偶数与间隔1个等价,间隔4个偶数与间隔0个等价,任意2个偶数之间,最多间隔2个偶数,最少间隔0个偶数,因此间隔情况有3种不同可能,

即分别间隔0,1,2个偶数。

下面将对这3种情况分类讨论。

步骤2:再思考第二个问题,当两个偶数空位间隔0个偶数,

有多少种不同的坐法?

第一步考虑这2个偶数空位的选法,

共有6种不同可能;

第二步考虑奇数空位的选法,4个空位中有2个奇数空位,分别位于这2个偶数空位的两侧,左侧的从5个奇数位中选1个,右侧的从1个奇数位中选1个,

共有5*1种不同可能;

第三步考虑4个学生4个家长的座位,由于家长必须与学生相邻,故此时只需安排4个学生即可,共有4*3*2*1种不同可能。由于上述过程是分步骤进行的,

根据排列组合的乘法原理,

因此有6*5*1*4*3*2*1种不同可能。

步骤3:再思考第三个问题,当两个偶数空位间隔1个偶数,

有多少种不同的坐法?

第一步考虑这2个偶数空位的选法,

共有6种不同可能;

第二步考虑奇数空位的选法,4个空位中有2个奇数空位,分别位于这2个偶数空位的两侧,左侧的从4个奇数位中选1个,右侧的从2个奇数位中选1个,

共有4*2种不同可能;

第三步考虑4个学生4个家长的座位,由于家长必须与学生相邻,故此时只需安排4个学生即可,共有4*3*2*1种不同可能。由于上述过程是分步骤进行的,

根据排列组合的乘法原理,

因此有6*4*2*4*3*2*1种不同可能。

步骤4:再思考第四个问题,当两个偶数空位间隔2个偶数,

有多少种不同的坐法?

第一步考虑这2个偶数空位的选法,

共有3种不同可能;

第二步考虑奇数空位的选法,4个空位中有2个奇数空位,分别位于这2个偶数空位的两侧,左侧的从3个奇数位中选1个,右侧的从3个奇数位中选1个,

共有3*3种不同可能;

第三步考虑4个学生4个家长的座位,由于家长必须与学生相邻,故此时只需安排4个学生即可,共有4*3*2*1种不同可能。由于上述过程是分步骤进行的,

根据排列组合的乘法原理,

因此有3*3*3*4*3*2*1种不同可能。

步骤5:综合上述几个步骤,考虑原题目的答案。根据步骤1的结论可得,步骤2,3,4已经包括所有情况,且它们是分情况讨论的,根据排列组合的加法原理,只需把上述3个结果相加即可,因此不同的坐法总数是:(6*5*1+6*4*2+3*3*3)*4*3*2*1

=105*24=2520种。

所以原题目的答案是2520。

注:步骤2,3,4其实有规律可寻,

就是5+1=4+2=3+3=6,

即便12再加大一点也容易求解。

你学会了吗?

有兴趣的读者可以考虑自行练习下面的扩展题

思考题(3星难度):

原题目换个条件。

一个圆桌有12个座位,编号为1至12。现有6个学生和6个家长入座,要求学生坐在偶数位,家长与孩子相邻。满足要求的坐法共有多少种?

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