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組合數(shù)學(xué)是一個(gè)既古老又年輕的數(shù)學(xué)分支。說(shuō)它古老,因?yàn)樗芯康膯?wèn)題有的可追溯到很久很久以前。然而,它形成一個(gè)新的分支還是zui近若干年的事,是受到電子計(jì)算機(jī)蓬勃發(fā)展影響的結(jié)果!
本節(jié)中的排列與組合、容斥原理、抽屜原理都是組合數(shù)學(xué)的內(nèi)容!
組合數(shù)學(xué)研究的主要內(nèi)容是計(jì)數(shù)和枚舉,即計(jì)算具有某種特性的對(duì)象有多少,并進(jìn)而把它完全列舉出來(lái)!坝(jì)數(shù)”在許多方面有其重大作用,比如本節(jié)中的概率部分,就是計(jì)數(shù)的應(yīng)用——要計(jì)算發(fā)生具有某種性質(zhì)的事件的概率,往往首先要計(jì)算出具有該性質(zhì)的事件的數(shù)目!
◎排列與組合
加法原理與乘法原理是在計(jì)數(shù)研究中zui常用也是zui基本的兩個(gè)法則!
一、加法原理
完成一件事有兩類(lèi)不同方案(其中的方法互不相同)。在第1類(lèi)方案中有 m種不同的方法,在第2類(lèi)方案中有n種不同的方法,那么完成這件事共有m+n種不同的方法。
例如:小華正準(zhǔn)備出國(guó)留學(xué),不是去A國(guó),就是去B國(guó)。其中A國(guó)有4所大學(xué)向他發(fā)出了錄取通知,而B(niǎo)國(guó)則有5所大學(xué)向他發(fā)出了入學(xué)邀請(qǐng)。故小華共有9所大學(xué)可以選擇,即共有9種留學(xué)方案!
二、乘法原理
完成一件事需要兩個(gè)步驟(第1步方法的選取不會(huì)影響第2步方法的選取)。做第1步有 m種不同的方法,做第2步有n種不同的方法,那么完成這件事共有m×n種不同的方法!
例如,從A到B有3條不同的道路,從B到C有2條不同的道路,則從A經(jīng)B到C的道路數(shù)n=3×2=6。
三、排列與組合
排列組合的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在對(duì)排列組合原理的理解與運(yùn)用上,也即確定是排列還是組合。排列與組合,前者與順序有關(guān),后者與順序無(wú)關(guān)?忌梢酝ㄟ^(guò)任選一種安排好的情況,調(diào)整其中兩個(gè)物體的前后順序,看是否會(huì)出現(xiàn)新的情形,若是則與順序有關(guān),反之則與順序無(wú)關(guān)。對(duì)基本的排列組合題能夠迅速判斷是排列還是組合,并寫(xiě)出對(duì)應(yīng)方法數(shù)?忌赏ㄟ^(guò)多考慮一些應(yīng)用環(huán)境來(lái)鍛煉自己判斷排列組合的能力!
排列公式:
組合公式:
◎容斥原理
容斥原理又稱包含排斥原理,它是解決組合計(jì)數(shù)問(wèn)題的重要工具。
加法原理告訴我們,在集合間沒(méi)有交集的情況下,求這些集合并集的簡(jiǎn)單計(jì)數(shù)公式。容斥原理則告訴我們一般情況下的公式,此時(shí)集合間可以重疊而沒(méi)有限制!
例如,在1到30的正整數(shù)中,有多少個(gè)整數(shù)能被2整除或能被3整除?
由于從1開(kāi)始每連續(xù)2個(gè)的第2個(gè)數(shù)能被2整除,所以1到30中能被2整除的整數(shù)共30÷2=15個(gè),它們分別是
2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30。
同理,由于從1開(kāi)始每連續(xù)3個(gè)的第3個(gè)數(shù)能被3整除,所以1到30中能被3整除的整數(shù)共30÷3=10個(gè),它們分別是
3,6,9,12,15,18,21,24,27,30!
又,同時(shí)能被2和3整除的整數(shù)共30÷(2×3)=5個(gè),分別是
6,12,18,24,30!
所以計(jì)數(shù)時(shí)如果計(jì)算15+10=25,則重復(fù)計(jì)算了5個(gè)數(shù)。容斥原理可以幫我們巧妙地解決這一問(wèn)題!
|A∪B|=|A|+|B|-|A∩B|
|A∪B∪C|=|A|+|B|+|C|-|A∩B|-|B∩C|-|C∩A|+|A∩B∩C|
其中,兩集合容斥原理用簡(jiǎn)單語(yǔ)言敘述就是:
滿足條件1的個(gè)數(shù)+滿足條件2的個(gè)數(shù)-都滿足的個(gè)數(shù)=總數(shù)-都不滿足的個(gè)數(shù)=滿足至少一個(gè)條件的個(gè)數(shù)。
◎抽屜原理
抽屜原理是組合數(shù)學(xué)里zui簡(jiǎn)單也是zui基本的原理: n+1個(gè)物品放入n個(gè)抽屜中,則至少有一個(gè)抽屜,其中有兩個(gè)或更多的物品。也有人稱之為“鴿巢原理”,即“若有n個(gè)鴿子巢,n+1只鴿子,則至少有一個(gè)鴿子巢里至少有兩只鴿子”!
從這樣一個(gè)看來(lái)是顯而易見(jiàn)的原理出發(fā),可以導(dǎo)出許多組合數(shù)學(xué)中的并不那么顯而易見(jiàn)的有趣結(jié)論。下面先舉幾個(gè)例子,通過(guò)例子說(shuō)明利用抽屜原理的一般步驟,從不同的例題中總結(jié)出規(guī)律!
例:
抽屜里有10雙手套,從中取11只出來(lái),其中至少有兩只是完整配對(duì)的!
某次會(huì)議有 n位代表參加,每一位代表至少認(rèn)識(shí)其余n-1位中的一位,則n位代表中,至少有兩位認(rèn)識(shí)的人數(shù)相等!
公考中,抽屜原理題目表述多為“黑色布袋中有……(具體物品),至少要取出多少個(gè),才可以!∽C…… (滿足目標(biāo))”!
解決方案為反向構(gòu)造。即假設(shè)所有物品并非放在布袋中,而是在自己手中,然后逐一發(fā)出,在發(fā)出的過(guò)程中盡可能不要滿足題目的目標(biāo),直到滿足目標(biāo)為止。那么在盡量不滿足題目要求情況下發(fā)出的zui多數(shù)目就是題目的答案。
◎概率
概率論是研究隨機(jī)現(xiàn)象的學(xué)科。概率問(wèn)題是公務(wù)員考試zui近幾年開(kāi)始考查的問(wèn)題,主要有古典概型、幾何概型以及條件概率!
一、古典概型
古典概型,又稱等可能概型。古典概型的特點(diǎn):
(1)試驗(yàn)中所有可能出現(xiàn)的基本事件只有有限個(gè)!
(2)每個(gè)基本事件出現(xiàn)的可能性相等!
古典概型:
二、幾何概型
如果每個(gè)事件發(fā)生的概率只與構(gòu)成該事件區(qū)域的長(zhǎng)度(面積或體積)成比例,則稱為幾何概型!
幾何概型的特點(diǎn):
(1)試驗(yàn)中所有可能出現(xiàn)的基本事件有無(wú)限多個(gè)!
(2)每個(gè)基本事件出現(xiàn)的可能性相等。
幾何概型:
三、條件概率
條件概率是指事件A已發(fā)生的條件下事件B發(fā)生的概率。
例如,將一枚硬幣拋擲兩次,觀察其出現(xiàn)正反面的情況。設(shè)事件A為“至少有一次為正面”,事件B為“兩次擲出同一面”,F(xiàn)求已知事件A已經(jīng)發(fā)生的條件下事件B發(fā)生的概率!
尚邦公考
微信號(hào):dxgwyedu
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