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排列组合题型 特殊优先原则

在对元素进行排列组合时,若遇到某个或者某几个元素或位置有特殊要求时,一般先排这些元素或位置,再排其余没有特殊要求的元素或位置.

【例1】从甲、乙、丙、丁、戊五人中选2人分别担任班长和副班长,则不同的选派方法有__________种.

本题属于简单的排列问题,相当于从$5$个元素中选$2$个按照一定次序(班长、副班长)排列,有$A_{5}^{2}=5\times4=20$种选派方案.

【变式1】从甲、乙、丙、丁、戊五人中选2人分别担任班长和副班长,其中甲不能担任班长,则不同的选派方法有__________种.

【法一】在这个问题中甲就有了特殊要求,那么我们就可以优先处理甲元素,可以分为两类:

$\textcircled{1}$ 甲入选,则只能当副班长,只需从余下的4人中选择1人担任班长即可,有$A_{4}^{1}=4$种选派方案;

$\textcircled{2}$ 甲没有入选,则只需从余下的4人中选择2人担任班长和副班长,有$A_{4}^{2}=4\times 3=12$种选派方案;

综上所述:共有$4+12=16$种选派方案.

【法二】另外,我们还可以考虑“班长”这个特殊位置,由于甲不能担任班长,则需从其余4人种选择1人担任班长,再从包括甲在内的4人种选择1人担任副班长,有$A_{4}^{1}\cdot A_{4}^{1}=4\times4=16$种选派方案.

【法三】若甲担任班长,则有$A_{4}^{1}=4$种选派方案,因此,甲不能担任班长,有$A_{5}^{2}-A_{4}^{1}=16$种选派方案.

【变式2】从甲、乙、丙、丁、戊五人中选2人分别担任班长和副班长,其中甲不能担任班长,乙不能担任副班长,则不同的选派方法有__________种.

【法一】在这个问题中甲和乙都有特殊要求,那么我们就可以优先处理甲、乙元素,可以分为两类:

$\textcircled{1}$ 甲和乙都入选,则甲只能当副班长,乙只能当班长,只有1种选派方案;

$\textcircled{2}$ 甲入选,乙没有入选,此时,甲只能担任副班长,则只需从余下的3人中选择1人担任班长即可,有$A_{3}^{1}=3$种选派方案;

$\textcircled{3}$ 甲没有入选,乙入选,此时,乙只能担任班长,则只需从余下的3人中选择1人担任副班长即可,有$A_{3}^{1}=3$种选派方案;

$\textcircled{4}$ 甲和乙都没有入选,则只需从余下的3人中选择2人担任班长和副班长即可,有$A_{3}^{2}=3\times 2=6$种选派方案;

综上所述:共有$1+3+3+6=13$种选派方案.

【法二】另外,我们还可以考虑“班长”这个特殊位置,由于甲不能担任班长,而乙不能担任副班长,所以我们可以先考虑乙,分两类:

$\textcircled{1}$ 若乙担任班长,则只需从余下的4人中选择1人担任副班长即可,有$A_{4}^{1}=4$种选派方案;

$\textcircled{2}$ 若乙不担任班长,由于甲不能担任班长,可以分两步:先选班长,再选副班长,有$A_{3}^{1}\cdot A_{3}^{1}=3\times3=9$种选派方案.

综上所述:共有$4+9=13$种选派方案.

同时,你也可以按照“甲担任副班长”和“甲不担任副班长”来分类.

【法三】此外,我们还可以采用间接法:

$\textcircled{1}$ 若没有任何限制条件,有$A_{5}^{2}=5\times 4=20$种选派方案;

$\textcircled{2}$ 甲担任班长,有$A_{4}^{1}= 4$种选派方案;

$\textcircled{3}$ 乙担任副班长,有$A_{4}^{1}= 4$种选派方案;

综上所述:共有$A_{5}^{2}-A_{4}^{1}-A_{4}^{1}+1=13$种选派方案.

注意:为什么要$+1$呢?

【例2】用$0$、$1$、$2$、$3$、$4$五个数字可以排成没有重复数字的四位数____________个.

【法一】在数字排序的问题中,首位是特殊位置,因此可以先处理首位,有$A_{4}^{1}$种方法,再处理其他位有$A_{4}^{3}$种方法,共有$A_{4}^{1}\times A_{4}^{3}=4\times 4\times 3\times 2=96$种方法.

【法二】另外我们还可以考虑特殊元素0,可以分为两类:

$\textcircled{1}$ 有0:0先找一个位置,再从其余四个元素种选三个排到其他位置,有$A_{3}^{1}\times A_{4}^{3}=3\times 4\times 3\times 2=72$种方法;

$\textcircled{2}$ 没有0:相当于从其余四个元素种选四个排列,有$A_{4}^{4}=4\times 3\times 2\times 1=24$种方法;

$\textcircled{3}$ 乙担任副班长,有$A_{4}^{1}= 4$种选派方案;

综上所述:共有$72+24=96$种方法.

【法三】此外,我们还可以采用间接法:

有$A_{5}^{4}-A_{4}^{3}=96$种方法.你能解释一下原因吗?

【变式1】用$0$、$1$、$2$、$3$、$4$五个数字可以排成没有重复数字的四位偶数____________个.

在这个问题中,末位和首位都是特殊位置,由于强调组成偶数,所以我们可以先来考虑末位,而末位是0和不是0对首位有影响,所以可以将此问题分为两类:

$\textcircled{1}$ 末位是0:只需从$1$、$2$、$3$、$4$四个数字中选择3个排列到其余三个位置,有$A_{4}^{3}=24$种方法;

$\textcircled{2}$ 末位不是0:只需从$2$、$4$两个数字中选择1个放到末位,有$A_{2}^{1}= 2$种方法;这时,首位不可以放0,需要从其余3个数字中选择1个放到首位,有$A_{3}^{1}= 3$种方法;最后,只需在剩余3个数字中选择2个排列到其余位置,有$A_{3}^{2}=6$种方法;共有$2\times 3\times 6 = 36$种方法;

综上所述:共有$24+36=60$种方法.

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