組合數(shù)的兩個性質(zhì)
作者:萬連飛
教學目的:
1. 使學生掌握組合數(shù)的兩個性質(zhì)及其證明方法,培養(yǎng)學生的邏輯思維能力;
2. 使學生能利用組合數(shù)的性質(zhì)進行計算,培養(yǎng)學生的計算能力。
教學過程:
一、復習提問:
1. 組合數(shù)公式的兩種形式是什么:
2. 利用組合數(shù)的公式的第二種形式計算 ,根據(jù)學生的回答,教師板書如下:
(1) 組合數(shù)公式:
} (n,m∈N,且m≤N)
二、新課講授:
1. 通過具體的實例,豐富學生對性質(zhì)1的感性認識,并加以證明,再講它的應(yīng)用。
(1) 利用組合數(shù)的公式,考察:
與, 與, 與
的關(guān)系,并能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律?(可以逐個叫學生回答,板書)
∵,
又,
∴=;
∵
又
∴;
∵
又
∴=。
由不完全歸納可得:從n個不同的元素中取出m 個元素的組合數(shù),等于從n個不同的元素中取出n-m個元素的組合數(shù)。即
定理1:=,(n,m∈N,且m≤N)
(2)定理1的證明。要證明這個等式成立,即證明兩個量相等。那么,證明兩個量相等有聲么方法呢?(指明學生回答)
方法一:“若兩個數(shù)都等于第三個數(shù),則這兩個數(shù)相等 ”。
我們知道,
,
顯然,等于。于是可得下面的證明。
證明:∵,
又,
∴=。
(3)性質(zhì)1的另一種解釋:從n個不同的元素中取出m個元素,并成一組,那么,剩下的n-m個元素也成一組;反之,從n個不同的元素中取出n-m個元素并組成一組,那么剩下的m個元素也成一組。所以,它們的組合是一一對應(yīng)的,故有從n個不同的元素中取出m個的組合數(shù)是等于從 n個不同的元素中取出n-m個元素的組合數(shù),即=。
(4)當 時,利用這個公式,可是的計算簡化。如:
,
。
(5) 注意:當m=n時,公式=變形為
,
又=1,所以規(guī)定:=1即 0!=1
(6)在這樣的一組組合數(shù):
,,……,,
中,性質(zhì)1還說明了:與兩端等距離的兩個組合數(shù)相等。如:
=,=,=,……。
2. 用計算的方法驗證下列各式成立,并加以證明。
(1) (1)用計算的方法考察組合數(shù):
與, 與
的關(guān)系,你能由此發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律嗎?(可指明學生回答,板書)
∵
∴=
∵
∴=
規(guī)律:若n、,m是自然數(shù),m≤n,則
,(或 )
定理2 (n,m∈N,且m≤N)
(2) 定理2的證明。要證明這個等式,只要根據(jù)組合數(shù)的公式變形即可。
證明:∵
∴
(3)對于定理2,還可以這樣解釋:從, ,….,這n+1個不同的元素中取出m個元素的組合數(shù),這些組合可以分成兩類:一類含,一類不含。含的組合是從,….,這n個不同的元素中取出m-1個元素的組合數(shù)為,不含的組合是從,….,這n個不同的元素中取出m個元素的組合數(shù)為。再由加法原理,得:
。
(3)定理2還說明了,把從n+1個不同的元素中取出m個元素的組合數(shù),等于從n個不同的元素中取出m個元素的組合數(shù)與從n個不同的元素中取出m-1個元素的組合數(shù)的和。這體現(xiàn)了組合數(shù)的可分解性,或組合數(shù)的可加性。
二、課堂練習:
1. 計算與;
2. 求;
3. 利用定理2證明:
證明:
……
又證:將原式左邊的各項寫成:
, , , ……
,,
將上述的等式兩邊相加,得:
四、作業(yè):認真閱讀課文,重點掌握組合數(shù)的兩個性質(zhì)的證明和利用性質(zhì)計算組合數(shù)的方法,并做下列練習:
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