沉浸式的排列組合列舉過程|兄妹共舞

更新於 發佈於 閱讀時間約 5 分鐘

如題,看完媗日出的這些又簡單又不簡單的排組(1)題目之後,在我驚豔於題目的難度以及媗日妹妹原來是數資班學生(以後不敢亂發教學文了😨😨)之餘,本咚還來不及回到家動筆解題,就已經被小松鼠大大用漂亮的錯位排列排容原理順利破解。

雖然,在上一篇機率的排列組合 – 在數學上要多加留意題目裡的「換句話說」本咚有提到「窮舉」會算到累壞自己,也容易出錯,但如果在保證不出錯的前提之下,其實列舉也是可以把題目作完的。

尤其是錯位排列和排容原理,這兩個解法都有點神乎其技,其觀念三言兩語難以說得清楚,同時還要讓大家能夠理解。

所以本咚這次嘗試用「算是列舉」的方式,一步步帶大家用相對樸實的方式來解題,目的是希望大家都能理解並吸收。

如果大家喜歡,之後可以再換題目嘗試看看:)
底下準備開始,歡迎大家拿起紙筆跟本咚一起動腦🥰

處理題目之前,先講一個本咚在解排列組合時喜歡用的解法:

遇到有多種選擇的時候,先把可以選擇的數量寫下來,就可以假設其中一種結果,繼續討論下去。

然後,在計算方面:

  • 會連續發生的情況,使用乘法原理,就是把數字起來。
  • 不會連續發生的情況,使用加法原理,就是把數字起來。

舉個小例子,假設有甲乙丙丁四種套餐,本咚要從這四種套餐裡選出三種來當作本日的三餐,但甲套餐太油了,本咚不想拿來當早餐,有幾種可能呢?

  1. 早餐只有乙丙丁3種選擇,先寫3,再假設選到了乙餐。
  2. 選午餐的時候,就只剩下甲丙丁3種選擇,所以再寫下3,然後再假設選到了丙餐
  3. 最後晚餐只剩甲丁2種選擇,寫下2,沒了。

最後早午晚三餐是連續發生,所以數字相乘,答案是3×3×2=18種選擇

如果是要討論早餐吃C餐或早餐吃D餐的情況,也可以分開列舉,最後再相加

以上,熱身完畢,我們來看題目。(會緊張的話,先深呼吸,接下來會是小小的腦力激盪,但算數學最重要的是要有解題的信心!)


一次處理一題,我們先從兄妹跳舞的題目開始。

題目

n對兄妹共舞,若每一兄均不與其妹為舞伴,則共有       種情形。

n=1的話不可能,所以答案是0種。

只要試著把n從2討論到5,答案就出來了。假設哥哥為ABCDE,妹妹為abcde

兩對兄妹

很明顯,不選自己妹妹的情況下,A哥哥只能選b妹妹B哥哥同樣只能選a妹妹,所以結果只有1種可能。

讓我們多停留片刻,把兩對兄妹只有1種配對方式這個結果先記在腦袋裡。

準備好的話,我們繼續。

三對兄妹

現在A哥哥有b、c兩個妹妹可以選擇,回到前面說的,寫下數量2,並假設A哥哥選到了b妹妹。(剩下B,C,a,c=兩對不完整的兄妹)

現在B哥哥只能選c妹妹(不然C哥哥就沒得選了),所以情況就只剩下1種選擇,所以答案是2×1=2種可能。

同樣,稍微停留片刻,整理一下思路。

我們在三對兄妹這邊理解到,三對兄妹只有2種配對方式

同時彙整一下,兩對兄妹,或是兩對不完整的兄妹,都只有1種配對方式。

四對兄妹

現在A哥哥有b、c、d三個妹妹可以選擇,還是回到前面說的,寫下數量3,並假設A哥哥選到了b妹妹。(剩下B,C,D,a,c,d)

要選擇其他妹妹也可以,但用一樣的情況來舉例,會有助於看出差別。

在B哥哥選擇的時候,就會陷入一個岔路:

  • 如果B哥哥選擇a妹妹,剩下C,D,c,d就回到兩對兄妹的情況:1種
  • 如果B哥哥選擇c或d妹妹...等等,有2種選擇,那麼先寫2,再選c妹妹
    如果B哥哥選c妹妹,剩下C,D,a,d,等同於兩對不完整的兄妹的情況:也是1種

這樣從B哥哥開始,一共有1×1+2×1=3種可能。

同時再次歸納出:剩下B,C,D,a,c,d(三對不完整的兄妹)的情況有3種配對方式。

1×1是B選a(只有1種選擇)之後,C,D,c,d也只有1種選擇
2×1則是B選擇c或d之後,會剩下1種選擇。

結合A哥哥的3種選擇,總共3×3=9種。也可以歸納成四對兄妹=9種配對方式

五對兄妹

終於來到題目講的5對兄妹了~~!!撐著點孩子們,我們看到勝利的曙光了!!

現在A哥哥有b、c、d、e四個妹妹可以選擇,寫下數量4,並假設A哥哥選到了b妹妹
(剩下B,C,D,E,a,c,d,e)

在B哥哥選擇的時候,一樣會陷入岔路:

算數學的時候陷入岔路很正常,人生也是滿滿的岔路啊啊啊
  • 如果B哥哥選擇a妹妹,剩下C,D,E,c,d,e就回到三對兄妹的情況=2種
  • B哥哥另外還有c,d,e妹妹三種選擇,寫下3,選下c
    如果B哥哥選擇c妹妹,(剩下C,D,E,a,d,e)等於三對不完整的兄妹的情況=3種

這樣從B哥哥開始,一共有1×2+3×3=11種可能。

同時再次歸納出,剩下B,C,D,E,a,c,d,e(四對不完整的兄妹)的情況有11種配對方式。

算式=4×11=44。


嘗試看看:六對兄妹

本來想說出成大家的作業,怕看到這裡的人不多,於是本咚再幫大家列列看。

這次就不講太多想法了,直接列算式:

A有bcdef5種選擇,寫5

  • 若B選a,剩四對兄妹=9種
  • 若B不選a,有cdef4種選擇,寫4,剩下C,D,E,F,a,d,e,f四對不完整兄妹=11種

從B哥哥開始,一共有1×9+4×11=53種可能。(五對不完整兄妹)

結合A哥哥的5種,答案=5×53=265種可能。

結語

假如學校每一題都採取這種教學模式,即便有黑板、教具等輔助工具,恐怕也很難花上足夠的時間讓每個學生都聽懂。

但只要肯用心,數學是一定可以理解的。

大學數學除外,微積分什麼的,那些對本咚來講是天書:)

留言
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留言分享你的想法!
對我來說,這是奧林匹克數學啊:-)
咚咚的思辨學堂-avatar-img
發文者
2024/05/10
雙殊兒單親媽蘿拉 沒關係的(拉起 遠離數學,珍惜腦細胞(淚
媗日-avatar-img
2024/05/10
我今天再出幾題😎😎😎
咚咚的思辨學堂-avatar-img
發文者
2024/05/10
媗日 是的船長🫡
微積分於我如浮雲,我都不知道我大一微積分怎麼過的,只能謝謝老師了🙇‍♂️
咚咚的思辨學堂-avatar-img
發文者
2024/05/10
跳鼠飛行日記 我也非常感謝老師體諒🤣
彼得-avatar-img
2024/05/11
我十分認同咚咚的思辨學堂 結語所說的!
咚咚的思辨學堂-avatar-img
發文者
2024/05/11
彼得 能得到您的認同我深感榮幸❤️
媗日-avatar-img
2024/05/10
這些又簡單又不簡單的排組(2)提及了這篇文章,趕快過去看看吧!
avatar-img
咚咚的無話不聊小教室
95會員
139內容數
跟大家分享我的想法以及我的所見所聞 很多事情沒有對錯 多想想 多思考
2025/04/26
又到了排列組合的季節呢
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2025/04/26
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2024/10/30
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