最新人教版高中数学选修23《分类加法计数原理与分步乘法计数原理》示范教案第1课时Word下载.docx
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第一章 计数原理
教材分析
计数问题是数学的重要研究对象之一,分类加法计数原理、分步乘法计数原理是解决计数问题的最基本、最重要的方法,也称为基本计数原理,它们为解决很多实际问题提供了思想和工具.在本章中,学生将学习计数基本原理、排列、组合、二项式定理及其应用,了解计数与现实生活的联系,会解决简单的计数问题.
分类加法计数原理与分步乘法计数原理本身是容易理解的,甚至是不言自明的,但由于这部分内容是相对独立的,与前面学过的数学知识几乎没有联系,学生缺乏一定的认知基础.而这两个原理又是我们学习排列、组合的基础,它的方法和思想贯穿于整章的教学内容中,所以学生对两个原理的掌握程度决定后面两个单元的学习效果.
本章的重点主要有:
归纳得出分类加法计数原理和分步乘法计数原理,能应用它们解决简单的实际问题;
归纳地、对比地得出排列与组合概念;
根据两个计数原理推导出排列数、组合数公式;
应用排列与组合知识解决简单的实际问题;
用两个计数原理分析(a+b)2的展开式,归纳得出二项式定理,并能用计数原理证明;
掌握二项展开式的通项公式;
能应用它解决简单问题;
学会讨论二项式系数性质的一些方法.
本章的难点主要有:
正确地理解“完成一件事情”的含义;
根据实际问题的特征,正确地区分“分类”或“分步”;
建立组合与排列的联系,结合两个计数原理推导组合数公式;
根据实际问题的特征,正确地区分“排列”或“组合”;
用两个计数原理分析(a+b)2的展开式;
用两个计数原理证明二项式定理.
课标要求
1.理解分类加法计数原理和分步乘法计数原理;
2.会用分类加法计数原理和分步乘法计数原理分析和解决一些简单的实际问题;
3.理解排列、组合的概念,区分它们的异同;
4.能利用计数原理推导排列数公式、组合数公式,能解决简单的实际问题;
5.能用计数原理证明二项式定理;
6.会用二项式定理解决与二项展开式有关的简单问题.
教学建议
教学中应多联系实例,由简单例子入手,先理解两个原理,再逐步涉及较复杂的分类和分步问题.在整章的教学中,要始终以两个原理作为工具和理论基础,在应用原理证明排列数、组合数、二项式定理的过程中加深对原理的理解.
课时分配
本章教学时间大约需14课时,具体分配如下(仅供参考):
1.1分类加法计数原理和分步乘法计数原理约4课时
1.2排列与组合约6课时
1.3二项式定理约3课时
本章复习约1课时
1.1 分类加法计数原理和分步乘法计数原理
两个原理的主要内容都是计算在完成一件事情中所有不同方法种数的问题,其区别在于:
运用加法原理的前提条件是做一件事有n类方案,选择任何一类方案中的任何一种方法都可以独立完成此事,也就是说,完成这件事的各种方法是相互独立的;
运用乘法原理的前提条件是做一件事有n个步骤,只有依次完成所有的步骤后才能完成这件事,也就是说,完成这件事的各个步骤是相互依存的.
两个原理本身是容易理解的,但学生又缺乏一定的认知基础,而这两个原理是我们学习排列、组合的基础,它的方法和思想贯穿于整章的教学内容中,故学生对两个原理的掌握程度决定后面两个单元的学习效果.所以在教学中要通过实例导入,引导学生利用实例分析两个原理的区别,明确使用的前提条件.
4课时
第一课时
教学目标
知识与技能
1.归纳得出分类加法计数原理与分步乘法计数原理.
2.初步学会区分“分类”和“分步”,能够用两个计数原理解决简单的计数问题.
过程与方法
通过对简单实例的分析概括,总结出分类加法计数原理和分步乘法计数原理.
情感、态度与价值观
引导学生形成“自主学习”与“合作学习”等良好的学习方式,培养学生的抽象概括能力.
重点难点
教学重点:
分类加法计数原理与分步乘法计数原理.
教学难点:
分类加法计数原理与分步乘法计数原理的准确理解.
提出问题1:
某家庭欲在五一期间从甲地去乙地进行自助旅游,一天中有火车3班,有汽车2班,那么这个家庭一天中乘坐这些交通工具从甲地到乙地有多少种不同的走法?
提出问题2:
后来听说丙地也是旅游胜地,于是改变行程,先从甲地到乙地,再从乙地到丙地,已知乙地到丙地一天中有飞机2班,轮船2班,问一天中乘坐这些交通工具从甲地到丙地共有多少种不同的走法?
活动设计:
请学生举手回答.
活动成果:
问题1如图1,从甲地到乙地共有两类不同的走法,其中坐火车有3种走法,坐汽车有2种走法,所以从甲地到乙地共有5种不同的走法.
图1
问题2如图2,先从甲地到乙地,再从乙地到丙地,有5类不同的方案.
图2
若从甲地到乙地乘火车1,从乙地到丙地有飞机2班,轮船2班共4种不同的走法;
同样,若从甲地到乙地乘火车2、3和汽车1、2,从乙地到丙地均有飞机2班,轮船2班共4种不同的走法,所以从甲地经乙地到丙地共有4+4+4+4+4=4×
5=20种不同的走法.
设计意图:
从两个具体的例子入手,引出这一章要研究的问题:
计数问题.为引出分类加法计数原理和分步乘法计数原理做准备.
1.分类加法计数原理
由上述问题1,你能归纳猜想出一般结论吗?
先独立思考,后小组交流,学生总结,教师补充.
分类加法计数原理:
完成一件事,有两类不同的方案,在第1类方案中有m种不同的方法,在第2类方案中有n种不同的方法,那么完成这件事共有N=m+n种不同的方法.
培养学生的抽象概括能力,得到分类加法计数原理.
在填写高考志愿表时,一名高中毕业生了解到A、B两所大学各有一些自己感兴趣的强项专业,具体情况如下:
A大学
B大学
生物学
数学
化学
会计学
医学
信息技术学
物理学
法学
工程学
如果这名同学只能选一个专业,那么他共有多少种选择呢?
由于这名同学在A、B两所大学中只能选择一所,而且只能选择一个专业,又由于两所大学没有共同的强项专业,因此符合分类加法计数原理的条件.
解:
这名同学可以选择A、B两所大学中的一所.在A大学中有5种专业选择方法,在B大学中有4种专业选择方法.又由于两所大学没有共同的强项专业,因此根据分类加法计数原理,这名同学可能的专业选择种数为5+4=9.
强调解决计数问题时,应特别注意使用计数原理的条件.
若还有C大学,其中强项专业为:
新闻学、金融学、人力资源学.那么,这名同学可能的专业选择共有多少种?
学生举手发言.
这名同学可以选择A、B、C三所大学中的一所.在A大学中有5种专业选择方法,在B大学中有4种专业选择方法,在C大学中有3种专业选择方法.又由于三所大学没有共同的强项专业,因此根据分类加法计数原理,这名同学可能的专业选择种数为5+4+3=12.
加深对分类加法计数原理的理解,明确使用的条件.
提出问题3:
如果完成一件事有三类不同方案,在第1类方案中有m1种不同的方法,在第2类方案中有m2种不同的方法,在第3类方案中有m3种不同的方法,那么完成这件事共有多少种不同的方法?
共有m1+m2+m3种不同的方法.
将分类加法计数原理推广到三类的情况,为进一步推广奠定基础.
提出问题4:
如果完成一件事情有n类不同方案,在每一类中都有若干种不同方法,那么应当如何计数呢?
学生举手发言,学生补充,教师总结.
完成一件事,有n类不同的方案,在第1类方案中有m1种不同的方法,在第2类方案中有m2种不同的方法,…,在第n类方案中有mn种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1+m2+…+mn种不同的方法.
推广分类加法计数原理,加深对分类加法计数原理的理解.
2.分步乘法计数原理
用前6个大写英文字母和1~9九个阿拉伯数字,以A1,A2,…,B1,B2,…的方式给教室里的座位编号,总共能编出多少个不同的号码?
用列举法可以列出所有可能的号码:
我们还可以这样来思考:
由于前6个英文字母中的任意一个都能与9个数字中的任何一个组成一个号码,而且它们各不相同,因此共有6×
9=54个不同的号码.
进一步应用分类加法计数原理,为引出分步乘法计数原理做准备.
由上述问题,你能归纳猜想出一般结论吗?
分步乘法计数原理:
完成一件事需要两个步骤,做第1步有m种不同的方法,做第2步有n种不同的方法,那么完成这件事共有N=m×
n种不同的方法.
培养学生的抽象概括能力,得到分步乘法计数原理.
设某班有男生30名,女生24名.现要从中选出男、女生各一名代表班级参加比赛,共有多少种不同的选择?
学生分析思路.
思路分析:
选出一组参赛代表,可以分两个步骤:
第1步是选男生,第2步是选女生.
第1步,从30名男生中选出1人,有30种不同选择;
第2步,从24名女生中选出1人,有24种不同选择.
根据分步乘法计数原理,共有30×
24=720种不同的选法.
在用原理做题时,要从完成一件事的角度去分析,完成这件事是分成几个不同的步骤还是几个不同的类别.
学校要为同学们订做新校服,有三个服装厂,每个服装厂均提供了五种款式,每种款式均有六种颜色可供选择,那么学校有多少种不同的订做校服的选择?
学生举手回答.
可以把订做校服这件事分成三个步骤来完成.第一步,选择服装厂,有3种选择;
第二步,选择款式,有5种选择;
第三步,选择颜色,有6种选择.
根据分步乘法计数原理,共有3×
5×
6=90种不同的选择.
将分步乘法计数原理推广到分三步的情况,为进一步推广奠定基础.
由上述问题,你能得到更一般的结论吗?
完成一件事,需要n个不同的步骤,做第1步有m1种不同的方法,做第2步有m2种不同的方法,…,做第n步有mn种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1×
m2×
…×
mn种不同的方法.
推广分步乘法计数原理,加深学生对分步乘法计数原理的理解.
比较分类加法计数原理和分步乘法计数原理,你能找出它们的区别与联系吗?
先独立思考,后小组交流,请同学发言,教师补充.
1.相同点:
都是回答有关完成一件事的不同方法种数的问题.
2.不同点:
分类加法计数原理针对的是“分类”问题,完成一件事要分为若干类,各类的方法相互独立,各类中的各种方法也相对独立,用任何一类中的任何一种方法都可以单独完成这件事,是独立完成;
而分步乘法计数原理针对的是“分步”问题,完成一件事要分为若干步,各个步骤相互依存,只完成任何其中的一步都不能完成该件事,只有当各个步骤都完成后,才算完成这件事,是合作完成.
引导学生对两个计数原理作比较,加深对原理使用条件的理解.
例书架的第1层放有4本不同的计算机书,第2层放有3本不同的文艺书,第3层放有2本不同的体育书.
(1)从书架上任取1本书,有多少种不同的取法?
(2)从书架的第1、2、3层各取1本书,有多少种不同的取法?
(3)从书架上任取两本不同学科的书,有多少种不同的取法?
(1)要完成的事是“取一本书”,由于不论取书架的哪一层的哪一本书都可以完成这件事,因此是分类问题,应用分类计数原理.
(2)要完成的事是“从书架的第1、2、3层中各取一本书”,由于取一层中的一本书都只完成了这件事的一部分,只有在第1、2、3层中都取一本书后,才能完成这件事,因此是分步问题,应用分步计数原理.
(3)要完成的事是“取2本不同学科的书”,先要考虑的是取哪两个学科的书,如取计算机和文艺书各1本,再要考虑取1本计算机书或取1本文艺书都只完成了这件事的一部分,应用分步计数原理,上述每一种选法都完成后,这件事才能完成,因此这些选法的种数之间还应运用分类计数原理.
(1)从书架上任取1本书,有3类方法:
第1类方法是从第1层取1本计算机书,有4种方法;
第2类方法是从第2层取1本文艺书,有3种方法;
第3类方法是从第3层取1本体育书,有2种方法.根据分类加法计数原理,不同取法的种数是
N=m1+m2+m3=4+3+2=9.
(2)从书架的第1,2,3层各取1本书,可以分成3个步骤完成:
第1步从第1层取1本计算机书,有4种方法;
第2步从第2层取1本文艺书,有3种方法;
第3步从第3层取1本体育书,有2种方法.根据分步乘法计数原理,不同取法的种数是
N=m1×
m3=4×
3×
2=24.
(3)N=4×
3+4×
2+3×
2=26.
【巩固练习】
要从甲、乙、丙3幅不同的画中选出2幅,分别挂在左、右两边墙上的指定位置,问共有多少种不同的挂法?
从3幅画中选出2幅分别挂在左、右两边墙上,可以分两个步骤完成:
第1步,从3幅画中选1幅挂在左边墙上,有3种选法;
第2步,从剩下的2幅画中选1幅挂在右边墙上,有2种选法.根据分步乘法计数原理,不同挂法的种数是N=3×
2=6.
6种挂法可以表示如下:
【变练演编】
为了确保电子信箱的安全,在注册时,通常要设置电子信箱密码.在某网站设置的信箱中,
(1)密码为4位,每位均为0到9这10个数字中的一个数字,这样的密码共有多少个?
(2)密码为4位,每位是0到9这10个数字中的一个,或是从A到Z这26个英文字母中的一个.这样的密码共有多少个?
(1)设置电子密码可以分成四个步骤:
第一步,确定第一位密码,有10种不同的方法;
第二步,确定第二位密码,有10种不同的方法;
第三步,确定第三位密码,有10种不同的方法;
第四步,确定第四位密码,有10种不同的方法.根据分步乘法计数原理,不同的密码共有10×
10×
10=10000个.
(2)设置电子密码可以分成四个步骤:
第一步,确定第一位密码,有两类不同的方案.第一类方案选数字有10种不同的方法,第二类方案选字母,有26种不同的选择,共有10+26=36种不同的选法;
第二步,确定第二位密码,有两类不同的方案.第一类方案选数字有10种不同的方法,第二类方案选字母,有26种不同的选择,共有10+26=36种不同的选法;
第三步,确定第三位密码,有两类不同的方案.第一类方案选数字有10种不同的方法,第二类方案选字母,有26种不同的选择,共有10+26=36种不同的选法;
第四步,确定第四位密码,有两类不同的方案.第一类方案选数字有10种不同的方法,第二类方案选字母,有26种不同的选择,共有10+26=36种不同的选法.根据分步乘法计数原理,不同的密码共有36×
36×
36=364个.
进一步加深对分类加法计数原理和分步乘法计数原理的理解,初步接触分类加法计数原理和分步乘法计数原理的综合运用.
【达标检测】
1.填空:
(1)一件工作可以用2种方法完成,有5人只会用第1种方法完成,另有4人只会用第2种方法完成,从中选出1人来完成这件工作,不同选法的种数是________.
(2)从A村去B村的道路有3条,从B村去C村的道路有2条,从A村经B村去C村,不同的路线有________条.
2.十字路口来往的车辆,如果不允许回头,共有________种行车路线.
3.某地的部分电话号码是0543316×
×
,后面的每个数字来自0~9这10个数,问可以产生多少个不同的电话号码?
答案:
1.
(1)9
(2)6 2.12 3.10000
1.知识收获:
分类加法计数原理和分步乘法计数原理,以及它们的区别与联系.分类加法计数原理和分步乘法计数原理,回答的都是有关做一件事的不同方法的种数问题.区别在于:
分类加法计数原理针对的是“分类”问题,其中各种方法相互独立,用其中任何一种方法都可以做完这件事,分步乘法计数原理针对的是“分步”问题,各个步骤中的方法互相依存,只有各个步骤都完成才算做完这件事.
2.方法收获:
分类讨论、化归思想.
3.思维收获:
抽象概括问题的能力.
【基础练习】
1.
(1)在图Ⅰ的电路中,只合上一只开关以接通电路,有多少种不同的方法?
(2)在图Ⅱ的电路中,合上两只开关以接通电路,有多少种不同的方法?
2.现有高一年级的学生3名,高二年级的学生5名,高三年级的学生4名.
(1)从中任选1人参加接待外宾的活动,有多少种不同的选法?
(2)从3个年级的学生中各选1人参加接待外宾的活动,有多少种不同的选法?
1.
(1)5
(2)6 2.
(1)12
(2)60
【拓展练习】
已知a∈{3,4,6},b∈{1,2,7,8},r∈{8,9},则方程(x-a)2+(y-b)2=r2可表示不同的圆的个数有多少?
解答:
要确定圆的方程可以分成三个步骤:
第一步,确定a的值,有3种不同的选择;
第二步,确定b的值,有4种不同的选择;
第三步,确定半径r的值,有2种不同的选择.根据分步乘法计数原理得,共可表示圆的个数为3×
4×
本节课是计数原理的起始课,是全章内容的理论依据和知识基础.重点介绍分类加法计数原理和分步乘法计数原理,理解两个原理的区别与联系,并会初步应用两个原理解决计数问题.本节课的设计主要是实例分析、问题驱动、归纳总结、类比思考、启发引导、自主探索等教学方式.主要特点是引导学生把两个原理总结出来,并总结出两个原理的区别与联系.实例分析总结、类比分析是本节课设计的主要特点.本节课突出教师的主导作用和学生的主体地位,在教师所提问题的引导下,学生自主完成探究新知和理解新知的过程,在运用新知时进行变练演编,加深学生对知识的理解和问题转化的能力.
例1某学校食堂备有5种素菜、3种荤菜、2种汤.现要配成一荤一素一汤的套餐.问可以配制出多少种不同的品种?
分析:
1.完成的这件事是什么?
2.如何完成这件事?
(配一个荤菜、配一个素菜、配一个汤)
3.它们属于分类还是分步?
(是否独立完成)
4.运用哪个计数原理?
5.进行计算.
属于分步:
第一步,配一个荤菜,有3种选择;
第二步,配一个素菜,有5种选择;
第三步,配一个汤,有2种选择.共有N=3×
2=30种不同的品种.
例2有一个书架共有2层,上层放有5本不同的数学书,下层放有4本不同的语文书.
(1)从书架上任取一本书,有多少种不同的取法?
(2)从书架上任取一本数学书和一本语文书,有多少种不同的取法?
(1)分析:
属于分类:
第一类,从上层取一本书,有5种选择;
第二类,从下层取一本书,有4种选择.
共有N=5+4=9种.
(2)分析:
1.完成的这件事
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