人教A版选择性必修第三册第六章《计数原理》教材同步学习指南
按人教A版(2019 审定)选择性必修第三册第六章编排,梳理分类加法与分步乘法计数原理、排列与组合、二项式定理的学习顺序,强调「分类用加、分步用乘;有序排列、无序组合」。
适用前提与边界条件
- 已掌握集合与基本运算(必修一第一章)
- 已具备分类讨论与分步完成的逻辑意识
- 会熟练进行阶乘与代数式运算
- 本页按教材小节顺序组织,不替代教材原文
定义
本章解决「有多少种不同的方法」这一类计数问题。两个基本原理是全部计数的地基:
在此基础上定义排列(取出 个元素排成有序序列)与组合(取出 个元素不分顺序),最后以二项式定理把组合数嵌入代数恒等式。全章沿「原理 → 模型(排列/组合)→ 代数化(二项式定理)」推进。
学习顺序
| 小节 | 核心任务 | 关键产出 |
|---|---|---|
| 6.1 两个计数原理 | 计数地基 | 分类用加、分步用乘;混合问题先类后步 |
| 6.2.1–6.2.2 排列与排列数 | 有序模型 | ;全排列 |
| 6.2.3–6.2.4 组合与组合数 | 无序模型 | ; |
| 6.3.1 二项式定理 | 展开公式 | ;通项 |
| 6.3.2 二项式系数的性质 | 系数规律 | 对称性;增减性与最大项;系数和 |
6.1 分类加法计数原理与分步乘法计数原理
判别口诀:「类类独立用加法,步步相依用乘法」。判断标准:每一类方案能否独立把事做完(能→分类相加);每一步是否只完成事情的一部分(是→分步相乘)。综合题的常见结构是「先分类、再分步」,例如安排人数时先按限制条件分类,每类内部再分步安排。当正面分类太繁时用间接法:总数减去不符合条件数(正难则反)。
6.2 排列与组合
排列:从 个不同元素中取出 个()按一定顺序排成一列。排列数
特别地 (全排列),规定 。
组合:从 个不同元素中取出 个并成一组(不计顺序)。组合数
两个常用性质:(取 个与剩 个一一对应);(按某元素取与不取分类,这是杨辉三角的递推关系)。
解题第一问永远是「有序还是无序」:排队、编号、分工不同→排列;选取、分组、抽检→组合。常见模型:相邻问题捆绑法、不相邻问题插空法、定序问题除序法、分组分配先组后配。
6.3 二项式定理
定理:
通项(第 项):。注意下标错位:求第几项时 比项数少 1。求指定项(如常数项、有理项、 项)的程序:写通项 → 合并字母的指数 → 令指数满足条件解出 → 回代。
二项式系数的性质(6.3.2):
- 对称性:,与首末等距离的系数相等;
- 增减性与最大值: 为偶数时中间一项 最大, 为奇数时中间两项 最大;
- 系数和:令 得 ;令 得奇数项系数和等于偶数项系数和(各为 )。
区分「二项式系数」 与「项的系数」:后者要把 中的数字因数一并乘入(如 中 的系数为 )。赋值法是求展开式系数和的标准技巧。
本章的三条主线结论
- 两个原理是一切计数的地基:分类相加、分步相乘,复杂计数题都是这两条原理的嵌套与组合。
- 有序无序是排列组合的分水岭: 与 相差一个内部排序 ;判断错序,全题皆错。
- 二项式定理是组合数的代数化:展开式、通项、系数性质都由 驱动,它同时是第七章二项分布概率公式的外形。
最易错:分类分步混淆、排列组合误判、间接法总数算错、通项下标 错位、二项式系数与项的系数不分。
自测
先自己判断,再看答案:
- 从甲地到乙地有 3 条公路、2 条铁路,共有多少种走法?——分类, 种。
- 用数字 组成无重复数字的三位数,有多少个?——排列, 个。
- 从 10 件产品中抽 3 件检验,有多少种抽法?——组合, 种。
- 计算 。——由性质得 。
- 求 展开式中 的系数。——,令 得 ,系数 。
- 的二项式系数和与最大二项式系数。——和 ;最大为中间项 。
第 1、2、3 题出错说明原理与有序无序没分清;第 4 题出错说明组合数性质不熟;第 5 题出错说明通项下标或数字因数处理有误。
学完本章之后
- 选择性必修第三册第七章《随机变量及其分布》:古典概型的计数、二项分布 都直接使用本章工具。
- 高考:排列组合与二项式定理多以小题出现,是概率大题的计算基础;计数思想也渗透在数列、集合问题中。
- 后续数学:组合数是组合数学与离散数学的基本对象,二项式定理是牛顿广义二项式定理与生成函数的起点。
一句口诀收尾:分类相加步相乘,有序排列无序组;捆绑插空除定序,正难则反用补集;二项展开看通项,下标错位要当心;系数性质三条记,对称最大和为 。
正例与反例
✅ 正例
- 6.1 两个计数原理 → 6.2 排列与组合 → 6.3 二项式定理
- 从 5 人中选 3 人排队:;只选 3 人不排队:
- 展开式第 3 项:
❌ 反例
- 把「从 4 男 3 女中选 2 男 2 女」写成 ——选人不排序,应为
- 求 中 的系数写成 ——漏了 ,正确为
高频误解与考试易错
- 分类与分步混淆:完成一件事「要么…要么…」用加法;「先…再…」每步都不可缺用乘法
- 排列组合混淆:取出后还要排序用排列 ,取出即完用组合 ;「有序」是分水岭
- 重复或遗漏计数:「先取后排」与「分步排列」混用导致重复;正难则反时用补集要先算总数
- 二项式通项下标错位: 是第 项,求第 3 项时 不是 3
- 二项式系数与项的系数混淆: 是二项式系数;项的系数还要乘上 中自带的数字因数
常见问题
这一章在教材中的位置?
什么时候用加法原理、什么时候用乘法原理?
排列数与组合数公式怎么记?
二项式定理有什么用?
依据与出处
- 人教A版(2019 审定)选择性必修第三册第六章《计数原理》(2020 秋起使用)