Đang tải... (xem toàn văn)
GIẢI BÀI TỔ HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẾM
GIẢI BÀI TỔ HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẾMBÀI VIẾT THÁNG 11 NĂM 2011 Thầy giáo: Đậu Anh Hùng Trong chương trình toán phổ thông, các bài toán đếm trong phần tổ hợp đối với hầu hết các học sinh đều cảm thấy khó khăn khi đi tìm lời giải. Về các bài toán đếm thường rất đa dạng. Trong bài viết này tác giả cố gắng phân loại một số dạng thường gặp trong chương trình nhằm giúp các em có phần tự tin hơn khi gặp các bài toán đếm.A. Sử dụng Phương pháp trực tiếpDạng 1. Đếm số tập con của một tập hợpCho tập X là hợp của n tập rời nhau nAAA .,,,21. Hỏi có bao nhiêu cách chọn k phần tử trong tập hợp X thoả mãn điều kiện nào đó? Thường các dạng bài toán này phải chia ra nhiều trường hợp. Để tránh việc học sinh có thể bỏ sót trường hợp thì có thể dùng hệ phương trình. Ta sẽ làm quen với phương pháp này qua các ví dụ.Ví dụ 1. (Đề thi Đại học khối B - 2004)Trong một môn học, thầy giáo có 30 câu hỏi khác nhau gồm 5 câu hỏi khó, 10 câu hỏi trung bình, 15 câu hỏi dễ. Từ 30 câu hỏi có thể lập được bao nhiêu đề thi, mỗi đề gồm5 câu hỏi khác nhau, sao cho trong mỗi đề nhất thiết phải có đủ 3 loại câu hỏi và số câu hỏi dễ không ít hơn 2?.Giải Gọi x, y, z lần lượt là số câu hỏi khó, trung bình, dễ được chọn. Theo đề bài ta có hệ ≤≤≤<≤<∈=++152,100,50,,,5zyxNzyxzyxGiải hệ ta có nghiệm (2; 1;2); (1; 2; 2); (1; 1; 3).Với (x; y; z) =(2; 1; 2) ta có 21511025 CCC cách.Với (x; y; z) =(1; 2; 2) ta có 21521015 CCC cách.Với (x; y; z) =(1; 1; 3) ta có 31511015 CCC cách.Vậy có tất cả 21511025 CCC + 21521015 CCC + 31511015 CCC cách.Ví dụ 2. (Đề thi tuyển sinh Cao đẳng cơ khí luyện kim - 2005) Có 5 nhà toán học nam, 3 nhà toán học nữ, 4 nhà vật lí nam. Cần lập 1 đoàn công tác 3 người có cả nam và nữ, có cả nhà toán học và nhà vật lí. Hỏi có bao nhiêu cách lập đoàn công tác?Giải Gọi x, y, z lần lượt là số nhà toán học nam, số nhà toán học nữ, số nhà vật lí nam được chọn.Theo đề bài ta có hệ >∈=++0,,,,3zyNzyxzyxGiải hệ ta có nghiệm (0; 1; 2), (0; 2; 1), (1; 1; 1).Vậy kết quả là có 13144513242314 CCCCCCC ++ cách chọn.Dạng 2. Bài toán sắp xếp các phần tửBài toán 1. Cho A là một tập gồm n phần tử, B là tập gồm m vị trí khác nhau. Có bao nhiêu cách sắp xếp các phần tử của A vào các phần tử của B thoả mãn điều kiện nào đó. Phương Pháp: Ta kiểm tra xem trong hai tập A và B tập nào có ít phần tử hơn thì các phần tử của tập đó được chọn phần tử của tập còn lại.Ví dụ 3. (BT3 SGK/54 cơ bản11 ). Giả sử có 7 bông hoa khác màu và 3 lọ hoa khác nhau. Hỏi có bao nhiêu cách cắm 3 bông hoa vào 3 lọ (mỗi lọ một bông).Giải. Tập A gồm 7 phần tử, Tập B gồm 3 phần tử. Như vậy các phần tử của B sẽ chọn các phần tử của A. Ta xem A gồm 7 vị trí tương ứng với 7 phần tử. Lấy lọ thứ nhất chọn một vị trí trong 7 vị trí có 7 cách chọnLấy lọ thứ hai chọn một vị trí trong 6 vị trí còn lại có 6 cách chọnLấy lọ thứ ba chọn một vị trí trong 5 vị trí còn lại có 5 cách chọn.Vậy có 5.6.7=210 cách cắm 3 bông hoa vào 3 lọ.Ví dụ 4. (BT5.a SGK/55 cơ bản 11 ). Bạn đọc tự giảiVí dụ 5. Cho A = {1; 2; 3; 4; 5}. Từ tập A lập được bao nhiêu số:a. Có 6 chữ số sao cho trong mỗi số đó số 1 xuất hiện 2 lần, các số còn lại xuất hiện đúng 1 lần.b. Có 7 chữ số sao cho trong mỗi số đó số 1 xuất hiện 4 lần số 2 xuất hiện 2 lần các số khác xuất hiện nhiều nhất 1 lầnGiải:a. Xét tập B gồm 6 vị trí Tập A gồm 5 phần tử, Tập B gồm 6 phần tử. Như vậy các phần tử của A sẽ chọn các phần tử của B.- Đặt số 5 vào 1 trong 6 vị trí có 6 cách - Đặt số 4 vào 1 trong 5 vị trí còn lại có 5 cách - Đặt số 3 vào 1 trong 4 vị trí còn lại có 4 cách - Đặt số 2 vào 1 trong 3 vị trí còn lại có 3 cách - Đặt 2 số 1 vào 2 vị trí còn lại có 1 cáchVậy có 6.5.4.5 = 600 số.b. Tập B gồm 7 vị trí- Đặt 3 số 1: Chọn 3 vị trí trong 7 vị trí có 37C cách.- Đặt 2 số 2: Chọn 2 vị trí trong 4 vị trí còn lại có 24C cách. Như vậy còn lại 2 ô và 3 số 3, 4, 5. Lúc này lấy ô để chọn số (ô ít hơn số)- Ô còn lại thứ nhất có 3 cách chọn số- Ô còn lại thứ 2 có 2 các chon số.Vậy có 37C.24C.3.2 số.Bài toán 2. Có bao nhiêu cách sắp xếp các phần tử trong đó có hai hoặc nhiều phần tử không đứng cạnh nhau.Phương pháp: Trước hết sắp xếp các phần tử còn lại và xem như mỗi phần tử là một vách ngăn, các vách ngăn đó sẽ tạo thành các vị trí. Sắp xếp các phần tử kia vào các vị trí mới tạo thành.Ví dụ 6. (BT2.3b SBT/62 cơ bản). Có bao nhiêu cách sắp xếp chỗ ngồi cho 10 bạn, trong đó có An, Bình vào 10 ghế kê thành hang ngang sao cho A và Bình không ngồi cạnh nhau.Giải. Trước hết xếp 8 bạn còn lại vào 8 vị trí có 8! cách. Xem mỗi bạn là một vách ngăn tạo thành 9 vị trí. Xếp An và Bình vào 9 vị trí có 29A cách.Vậy có 8!.29A cách sắp xếp. Ví dụ 7. (BT 2.14 SBT/63 cơ bản 11). Có bao nhiêu cách sắp xếp chỗ 4 bạn nữ và 6 bạn nam ngồi vào 10 ghế mà không có 2 bạn nữ nào ngồi cạnh nhau nếu a. Ghế sắp thành hàng ngang b. Ghế sắp quanh một bàn tròn.Giải a. Trước hết xếp 6 bạn nam vào vị trí có 6! cách sắp xếp. Xem mỗi bạn là một vách ngăn tạo thành 7 vị trí. Xếp 4 bạn vào 7 vị trí có 47A cách. Vậy có 6!.47A cách b. Trước hết xếp 6 bạn nam vào vòng tròn có 5! cách. Xem mỗi bạn nữ là một vách ngăn tạo thành 6 vị trí. Xếp 4 bạn nữ vào 6 vị trí có 46A cách.Vậy có 5!. 46A cách sắp xếp.Ví dụ 8. Có 6 bạn nữ và 3 bạn nam xếp thành 1 vòng tròn. Hỏi có bao nhiêu cách sắp xếp sao cho không có hai bạn nam nào đứng cạnh nhau.Giải: Trước hết xếp 6 bạn nữ vào vòng tròn có 5! cách. Xem mỗi bạn nữ là một vách ngăn tạo thành 6 vị trí. Xếp 3 bạn nam vào 3 vị trí có 36A cách.Vậy có 5!.36A cách sắp xếp.Chú Ý. - Sắp xếp n ptử vào n vị trí tạo thành một vòng tròn có (n-1)! cách. Đây là hoán vị vòng quanh- Khi xếp n phần tử thành 1 dãy và xem mỗi phần tử là một vách ngăn thì sẽ tạo thành n+1 vị trí nhưng nếu xếp thành vòng tròn thì sẽ tạo thành n vị tríBài toán 3. Có bao nhiêu cách sắp xếp các phần tử trong đó có hai hoặc nhiều phần tử đứng cạnh nhau. Phương pháp: Ghép các phần tử đứng cạnh nhau và xem như một phần tửVí dụ 9. Có 6 quyển sách Toán, 3 quyển sách Lý và 5 quyển sách Hoá. Hỏi có bao nhiêu cách sắp xếp các quyển sách đó thành 1 dãy trên kệ sao cho các quyển sách Hoá đứng cạnh nhau, các quyển sách Lý đứng cạnh nhau.GiảiTa ghép các quyển sách hoá lại xem như 1 phần tử H, ghép các quyển sách Lý lại xem như 1 phần tử L. Khi đó xếp 8 phần tử (gồm 6 quyển sách toán và 2 phần tử H và L) có 8! Cách sắp xếp.Ghép 5 quyển sách hoá có 5! cách. Ghép 3 quyển sách Lý có 3! Cách. Theo quy tắc nhân có 5!.3!.8! cách. Ví dụ 10. Có bao nhiêu cách sắp xếp chỗ ngồi cho 10 bạn , trong đó có An, Bình vào 10 ghế kê thành hang ngang sao cho An và Bình ngồi cạnh nhau.Giải. Ghép An và Bình thành một phần tử M có 2! cách. Xếp 9 phần tử(gồm 8 bạn còn lại và phần tử M) vào 9 vị trí có 9! Cách. Vậy theo quy tắc nhân có 2!.9! cách.Nhận xét. Ta có thể giải bài toán này bằng cách sử dụng Ví dụ 6 như sau: Sắp xếp 10 bạn thành 1 dãy có 10! Cách. Theo VD có 8!.29A cách xếp sao cho hai bạn An và Bình không ngồi cạnh nhau. Do đó có 10!- 8!.29A cách sắp xếp sao cho An và Bình ngồi cạnh nhau. Tuy nhiên đối với bài toán yêu cầu có nhiều hơn hai phần tử cạnh nhau (hay không cạnh nhau) thì với cách làm này là khá phức tạp. Vì vậy ta chỉ nên dùng cách này trong trường hợp bài toán yêu cầu có 2 ptử cạnh nhau (hoặc không cạnh nhau). Phương pháp trên được gọi là phương pháp gián tiếp.B. Phương Pháp gián tiếp. Phương pháp này dựa trên nguyên lý “Đếm những cái không cần đếm để biết những cái cần đếm”. Theo lý thuyết tập hợp thì phương pháp này thực chất là phép lấy phần bù. Thường phương pháp này được dùng trong những bài toán mà chúng ta khi đếm phải chia ra nhiều trường hợp hơn khi đếm “phần bù của nó”.Ví dụ11. (Đề thi tuyển sinh Đại học khối D - 2006).Đội thanh niên xung kích của một trường phổ thông có 12 học sinh, gồm 5 học sinh lớp T, 4 học sinh lớp L và 3 học sinh lớp H. Cần chọn ra 4 học sinh tham gia trực tuần sao cho 4 học sinh đó thuộc không quá 2 trong 3 lớp nói trên. Hỏi có bao nhiêu cách chọn?Giải Gọi A là tập tất cả các cách chọn 4 học sinh trong 12 học sinh. Gọi B là tập hợp tất cả các cách chọn không thoả mãn yêu cầu bài toán. Gọi C là tập hợp tất cả các cách chọn thoả mãn yêu cầu bài toán.Ta có φ=∩∪= CBCBA ,. Theo quy tắc cộng ta có |A|=|B|+|C| hay |C|=|A|-|B| Dễ thấy |A|=412C .*Ta tính |B|Gọi x, y, z lần lượt là số học sinh của lớp T, L, H được chọn trong cách chọn thuộc B.Ta có hệ ≤≤≤≤≤≤∈=++31,41,51,,,4zyxNzyxzyx Hệ trên có nghiệm (1; 1; 2); (1; 2; 1); (2;1; 1). Vậy B=131425132415231415 CCCCCCCCC ++. Do đó |C|=412C- 131425132415231415 CCCCCCCCC ++Ví dụ 12. (Đề thi tuyển sinh Cao đẳng sư phạm Hà Nội - 2005)Trong một tổ học sinh của lớp 12 A có 8 nam và 4 nữ. Thầy giáo muốn chọn ra 3 học sinh để làm trực nhật lớp học, trong đó phải có ít nhất một học sinh nam. Hỏi thầy giáo có bao nhiêu cách chọn. Giải Gọi A là tập tất cả các cách chọn 3 học sinh trong 12 học sinh. Gọi B là tập hợp tất cả các cách chọn 3 học sinh nữ. Gọi C là tập hợp tất cả các cách chọn thoả mãn yêu cầu bài toán.Như VD11 ta có |C|=|A|-|B|.Mặt khác dễ thấy |A|= 312C, |B|=43C nên |C|=312C-43C=216Vâỵ có 216 cách chọn thoả mãn yêu cầu bài toán.MỘT SỐ BÀI TẬP RÈN LUYỆNBài 1. Từ 6 bông hoa màuvàng, 4 bông hoa màu trắng và 5 bông hoa màu đỏ (các bông hoa đôi một khác nhau). Người ta chọn một bó hoa gồm 7 bông. Có bao nhiêu cách chọn trong đó a. Có đủ 3 màu và số bông hoa màu trắng không ít hơn 3. b. Có ít nhất 2 bông hoa màu vàng và ít nhất 3 bông hoa màu đỏ.Bài 2. Có 12 cây giống 3 loại: Mít có 6 cây, Ổi có 4 cây, Xoài có 2 cây. Hỏi có bao nhiêu cách chọn sao cho số cây Ổi nhiều hơn số cây Xoài.Bài 3. Một đội văn nghệ có 15 người trong đó có 10 nam và 5 nữ. hỏi có bao nhiêu cách chọn ra 5 người sao cho có ít nhất 2 nam và ít nhất 1 nữ.Bài 4. Từ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 vó thể lập được bao nhieu số gồm 6 chữ số khác nhau và tồng các chứ số hàng trăm, hàng chục, hàng đơn vị bằng 9Bài 5. (Cao đẳng khối A - 2004). Một lớp học có 30 học sinh, trong đó có 3 cán bộ lớp. Có bao nhiêu cách chọn 3 em trong lớp để trực tuần sao cho 3 em đó luôn có cán bộ lớp.Bài 6. Một trường tiểu học có 40 em là học sinh giỏi, trong đó có 4 cặp sinh đôi. Cần chọn ra 3 học sinh trong số 50 em để dj trại hè. Hỏi có bao nhiêu cách chọn mà không có cặp sinh đôi nào.Bài 7. Một đội văn nghệ có 15 người trong đó gồm 6 nam và 9 nữ. Hỏi có bao nhiêu cách thành lập một nhóm đồng ca gồm 7 người sao cho có ít nhất 2 nữ. Bài 8. Từ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 có thể lập được bao nhiêu số tự nhiên có 6 chữ số mà chữ số 3 và 4 đứng canh nhau.Bài 9. Từ một hộp đựng 4 bi đỏ, 5 bi trắng và 6 bi vàng. Người ta chọn ra 4 viên. Hỏi có bao nhiêu cách chọn số bi lấy ra không đủ cả 3 màu.Bài 10. Cho đa giác lồi 15 đỉnh. Hỏi có thể lập được bao nhiêu tam giác có đỉnh là đỉnh của đa giác và cạnh không phải là cạnh của đa giác Bài 11. Có bao nhiêu số gồm 6 chữ số khác nhau trong đó có đúng 2 chữ số lẻ và hai chữ số này đứng cạnh nhau. Bài 12. Một thầy giáo có 12 cuốn sách đôi một khác nhau trong đó có 5 cuốn sách toán, 4 cuốn sách vật lí và 3 cuốn sách hoá học. Lấy ra 6 cuốn và tặng cho 6 học sinh, mỗi học sinh một cuốn sao cho khi tặng xong mỗi thể loại còn lại ít nhất một cuốn. Hỏi có bao nhiêu cách tặng. . GIẢI BÀI TỔ HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẾMBÀI VIẾT THÁNG 11 NĂM 2011 . trường hợp bài toán yêu cầu có 2 ptử cạnh nhau (hoặc không cạnh nhau). Phương pháp trên được gọi là phương pháp gián tiếp.B. Phương Pháp gián tiếp. Phương