高中數學—排列組合中的隔板法
隔板法基礎入門
隔板法是高中排列組合必會方法之一,它用于解決相同元素的分配問題,實用性很強。我們來看一個很有生活氣息的問題,現在有10瓶礦泉水,讓3個同學幫忙帶去學校操場,每個人都不能閑著,請問有幾種分配方式。
怎么樣?生活中是不是經常會接觸這種問題,比如工作任務的分配,各種名額的分配等,使用隔板法可以快速地解決分組方案數問題。
將10瓶水分成3組,可以在瓶子內部的9個空位之間隨機插入2個隔板,比如A|AA|AAAAAAA,其中A表示第一組,AA表示第二組,AAAAAAA表示第三組。這樣的隔板組合方式有C(10-1, 3-1) = C(9,2) 種。
總結一下隔板法的基礎題型和結論,將n個相同小球放入m個不同盒子,盒子不空,則在n-1個空位中插入m-1個隔板即可。

運用上面的結論,最基礎的題型就被搞定了,接下來讓我們一起快樂探究不同的情境,如果改變“盒子不空”的條件,應該怎么去處理。
理解進階:不定方程的正整數解
上面我們說了10個瓶子分到三個盒子的問題,來對比下面這個方程,

我們把“10”看成“10個整數1”,那么解這個方程的過程就是“把10個1分到三組“,因為正整數解,每個x大于等于1,所以相當于是盒子不空的隔板法問題。
因此,相同元素的分配問題可以理解為”不定方程的正整數解“,它們具有相同的結論。那么這種理解方式的好處是什么呢?
假設我們更改了條件,把“盒子不空”改為“盒子可以為空”,對于方程來說,僅僅是改變了“x的取值范圍”,“x大于等于1”改變?yōu)椤皒大于等于0”。

我們只需把x范圍更改為原來條件的“大于等于1”,就把問題處理成最開始的題型。所以對每個x進行加1的操作,如下

這就是“13個球分3組”的隔板法,直接使用結論C(12, 2)計算即可。所以方程的形式在處理不同條件時候,更加靈活快捷,也不需記住太多結論,條件的改變僅僅是對“x”范圍的改變,我們改回去即可。
題型變化:“閃電五連鞭”
1,9個相同的小球放入3個不同的盒子,每個盒子至少一個小球,不同的方法有多少種。

2,9個相同的小球放入3個不同的盒子,有的盒子可以不放小球,不同的方法有多少種。

3,9個相同的小球放入編號為1,2,3的盒子,每個盒子的小球數不少于編號數,不同的方法有多少種。

4,9個相同的小球放入編號為1,2,3的盒子,恰有一個盒子為空,不同的方法有多少種。

5,9個相同的小球放入3個不同的盒子,每個盒子至少一個小球,且每個盒子里的小球個數都不相同,不同的方法有多少種。
