SGK Toán Lớp 10 Kết nối tri thức

Bài học cùng chương

Bài học chương khác

[SGK Toán Lớp 10 Kết nối tri thức] Bài 24. Hoán vị, chỉnh hợp và tổ hợp

Hướng dẫn học bài: Bài 24. Hoán vị, chỉnh hợp và tổ hợp - Môn Toán học Lớp 10 Lớp 10. Đây là sách giáo khoa nằm trong bộ sách 'SGK Toán Lớp 10 Kết nối tri thức Lớp 10' được biên soạn theo chương trình đổi mới của Bộ giáo dục. Hi vọng, với cách hướng dẫn cụ thể và giải chi tiết các bé sẽ nắm bài học tốt hơn.

Đề bài

Có bao nhiêu số tự nhiên chia hết cho 5 mà mỗi số có bốn chữ số khác nhau?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Áp dụng công thức chỉnh hợp và quy tắc nhân,

Lời giải chi tiết

Gọi số tự nhiên cần tìm là \(\overline {abcd} \).

- Trường hợp 1: \(d = 0\)

Mỗi cách chọn 3 số còn lại (a, b, c) (có xếp thứ tự ) trong 9 số còn lại (1, 2,...,9) là một chỉnh hợp chập 3 của 9.

Số cách chọn 3 chữ số còn lại là \(A_9^3=504\)

- Trường hợp 2: \(d = 5\) .

+ \(a \ne 0,d\) nên a có 8 cách chọn.

+ \(b \ne a,d\) nên b có 8 cách chọn.

+ \(c \ne a,b,d\) nên c có 7 cách chọn.

Vậy có: 504+ 8.8.7= 952 số tự nhiên chia hết cho 5 mà mỗi số có bốn chữ số khác nhau.

Đề bài

Một câu lạc bộ cờ vua có 10 bạn nam và 7 bạn nữ. Huấn luyện viên muốn chọn 4 bạn đi thi đấu cờ vua.

a) Có bao nhiêu cách chọn 4 bạn nam?

b) Có bao nhiêu cách chọn 4 bạn không phân biệt nam, nữ?

c) Có bao nhiêu cách chọn 4 bạn, trong đó có 2 bạn nam và 2 bạn nữ?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Áp dụng công thức tổ hợp và quy tắc nhân.

Lời giải chi tiết

a) Số cách chọn 4 bạn trong 10 bạn nam là: \(C_{10}^4= 210\)

b) Số cách chọn 4 bạn trong tổng 17 bạn (không phân biệt nam, nữ) là: \(C_{17}^4= 2380\)

c) Số cách chọn 4 bạn, trong đó có 2 bạn nam và 2 bạn nữ là: \(C_{10}^2.C_7^2=45. 21= 945\)

Đề bài

Bạn Hà có 5 viên bi xanh và 7 viên bi đỏ. Có bao nhiêu cách để Hà chọn ra đúng 2 viên bi khác màu?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Áp dụng quy tắc nhân.

Lời giải chi tiết

Số cách để Hà chọn ra đúng 2 viên bi khác màu là: 5. 7 = 35 (cách)

Đề bài

Có bao nhiêu cách chọn một tập hợp gồm hai số nguyên dương nhỏ hơn 100? Có bao nhiêu cách chọn một tập hợp gồm ba số nguyên dương nhỏ hơn 100?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Áp dụng công thức tổ hợp.

Lời giải chi tiết

Có tất cả 99 số nguyên dương nhỏ hơn 100.

Số cách chọn một tập hợp gồm hai trong 99 số đó là: \(C_{99}^2 = 4851\)

Số cách chọn một tập hợp gồm ba số trong 99 số đó là: \(C_{99}^3 = 156849\)

Đề bài

Từ các chữ số 0, 1, 2, 3, 4 có thể lập được bao nhiêu số tự nhiên có ba chữ số khác nhau?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Áp dụng quy tắc nhân.

Lời giải chi tiết

Gọi STN có 3 chữ số là \(\overline {abc} \)

- a có 4 cách ( khác 0).

- b có 4 cách (khác a).

- c có 3 cách (khác a, b).

Vậy có thể lập được 4. 4. 3= 48 số tự nhiên có ba chữ số khác nhau.

Đề bài

Một họa sĩ cần trưng bày 10 bức tranh nghệ thuật khác nhau thành một hàng ngang. Hỏi có bao nhiêu cách để họa sĩ sắp xếp các bức tranh?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Áp dụng công thức hoán vị

Lời giải chi tiết

Mỗi cách xếp 10 bức tranh thành một hàng ngang là một hoán vị của 10.

Số cách để họa sĩ sắp xếp các bức tranh là 10!= 3 628 800

Đề bài

Vận dụng. Một câu lạc bộ có 20 học sinh.

a) Có bao nhiêu cách chọn 6 thành viên vào Ban quản lí?

b) Có bao nhiêu cách chọn Trưởng ban, 1 Phó ban, 4 thành viên khác vào ban quản lí?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

a) Áp dụng công thức tổ hợp.

b) Áp dụng quy tắc nhân và công thức tổ hợp.

Lời giải chi tiết

a) Số cách chọn 6 trong 20 học sinh vào Ban quản lí là: \(C_{20}^6 = 38{\rm{ }}760\)

b) - chọn Trưởng ban có 20 cách.

- chọn 1 Phó ban có 19 cách.

- chọn 4 trong 18 thành viên còn lại vào ban quản lí có: \(C_{18}^4\)

Vậy có tất cả số cách là: \(20.{\rm{ }}19.\;C_{18}^4\; = 1{\rm{ }}162{\rm{ }}800\)

Lựa chọn câu để xem lời giải nhanh hơn

HĐ3 Luyện tập 3

HĐ3

Trở lại HĐ2

a) Hãy cho biết sự khác biệt khi chọn ra hai bạn ở câu HĐ2a và HĐ2b.

b) Từ kết quả tính được ở câu HĐ2b (áp dụng chỉnh hợp), hãy chỉ ra cách tính kết quả ở câu HĐ2a.

Lời giải chi tiết:

a) Hai bạn được chọn ở HĐ2a có vai trò như nhau, nói cách khác là không quan trọng thứ tự chọn.

Còn ở HĐ2b thì hai bạn có có vai trò khác nhau, nói cách khác là có xếp thứ tự lần lượt là lớp trưởng và lớp phó.

b) Số cách chọn 2 bạn (có xếp thứ tự) là 12 cách chọn.

Nhưng ở HĐ2a thì hai bạn có vai trò như nhau nên ta chia kết quả cho 2, tức là có 6 cách chọn (khi không xếp thứ tự)

Luyện tập 3

Trong ngân hàng đề kiểm tra cuối học kì II môn Vật lí có 20 câu lí thuyết và 40 câu bài tập. Người ta chọn ra 2 câu lí thuyết và 3 câu bài tập trong ngân hàng đề để tạo thành một đề thi. Hỏi có bao nhiêu cách lập đề thi gồm 5 câu hỏi theo cách chọn như trên?

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tổ hợp và quy tắc nhân.

Lời giải chi tiết:

Số cách chọn 2 trong 20 câu lí thuyết là: \(C_{20}^2\)

Số cách chọn ra 3 trong 40 câu bài tập là: \(C_{40}^3\)

=> Số cách lập đề thi gồm 5 câu hỏi như trên là: \(C_{20}^2.C_{40}^3 = 1877200\)

Lựa chọn câu để xem lời giải nhanh hơn

HĐ2 Luyện tập 2

HĐ2

Trong lớp 10T có bốn bạn Tuấn, Hương, Việt, Dung đủ tiêu chuẩn tham gia cuộc thi hùng biện của trường.

a) Giáo viên cần chọn ra hai bạn phụ trách nhóm trên. Hỏi có bao nhiêu cách chọn hai bạn từ 4 bạn trên?

b) Có bao nhiêu cách chọn hai bạn, trong đó một bạn làm nhóm trường, một bạn làm nhóm phó?

Lời giải chi tiết:

a) Bước 1: Chọn 1 bạn từ 4 bạn trên: có 4 cách

Bước 2: Chọn 1 bạn từ 3 bạn còn lại

Do hai bạn có vai trò như nhau nên ta chia kết quả cho 2 để loại trường hợp trùng.

Có 4.2: 2 = 6 cách chọn hai bạn từ 4 bạn trên.

b) Chọn nhóm trưởng: có 4 cách

Chọn nhóm phó: có 3 cách

Theo quy tắc nhân , có 4.3 = 12 cách chọn hai bạn, trong đó một bạn làm nhóm trường, một bạn làm nhóm phó.

Luyện tập 2

Trong một giải đua ngựa gồm 12 con ngựa, người ta chỉ quan tâm đến 3 con ngựa: con nhanh nhất, con nhanh nhì và nhanh thứ ba. Hỏi có bao nhiêu kết quả xảy ra?

Lời giải chi tiết:

Mỗi cách chọn lần lượt 3 trong số 12 con ngựa để trao giải nhất, nhì, ba là một chỉnh hợp chập 3 của 12.

Có số kết quả xảy ra là: \(A_{12}^3\)= 1 320 (kết quả)

Lựa chọn câu để xem lời giải nhanh hơn

HĐ1 Luyện tập 1

HĐ1

Một nhóm gồm bốn bạn Hà, Mai, Nam, Đạt xếp thành một hàng, từ trái sang phải, để tham gia một cuộc phỏng vấn.

a) Hãy liệt kê ba cách sắp xếp bốn bạn trên theo thứ tự.

b) Có bao nhiêu cách sắp xếp thứ tự bốn bạn trên để tham gia phỏng vấn?

Lời giải chi tiết:

a) Ba cách sắp xếp bốn bạn trên theo thứ tự

- Hà, Mai, Nam, Đạt.

- Hà, Mai, Đạt, Nam

- Hà, Đạt, Mai, Nam

Chú ý: Có thể chọn các cách xếp khác, không nhất thiết phải giống trên.

b) Ta thực hiện các bước:

- Chọn bạn đứng đầu có 4 cách

- Chọn bạn đứng thứ hai có 3 cách

- Chọn bạn đứng thứ ba có 2 cách

- Chọn bạn đứng cuối có 1 cách

Vậy có 4.3.2 = 24 cách sắp xếp thứ tự bốn bạn trên để tham gia phỏng vấn.

Luyện tập 1

Trong một cuộc thi điền kinh gồm 6 vận động viên chạy trên 6 đường chạy. Hỏi có bao nhiêu cách xếp các vận động viên vào các đường chạy đó?

Phương pháp giải:

Số các hoán vị của tập hợp có n phần tử là n!

Lời giải chi tiết:

Số cách sắp xếp 6 vận động viên vào 6 đường chạy là số hoán vị của 6 phần tử.

=> Số cách xếp các vận động viên vào các đường chạy đó là:

6!= 720 cách

A. Lý thuyết

1. Hoán vị

a) Định nghĩa

Một hoán vị của một tập hợp có n phần tử là một cách sắp xếp có thứ tự n phần tử đó \(\left( {n \in {\mathbb{N}^*}} \right)\).

b) Số các hoán vị

Kí hiệu \({P_n}\) là số các hoán vị của n phần tử. Ta có \({P_n} = n(n - 1)...2.1\).

Chú ý: Tích 1.2…n được viết là n! (đọc là n giai thừa), tức là n! = 1.2…n.

Quy ước: 0! = 1.

2. Chỉnh hợp

a) Định nghĩa

Trong thực tiễn, bên cạnh việc chọn ra một số đối tượng từ những đối tượng cho trước, ta còn cần sắp xếp thứ tự của những đối tượng được chọn ra.

Một chỉnh hợp chập k của n là một cách sắp xếp có thứ tự k phần tử từ một tập hợp n phần tử (với k, n là các số tự nhiên, \(1 \le k \le n\)).

b) Số các chỉnh hợp

Kí hiệu \(A_n^k\) là số các chỉnh hợp chập k của n phần tử \((1 \le k \le n)\).

\(A_n^k = \frac{{n!}}{{(n - k)!}} = n(n - 1)...(n - k + 1)\).

Chú ý: \(A_n^n = {P_n}\) \(\forall n \in {\mathbb{N}^*}\).

3. Tổ hợp

a) Định nghĩa

Một tổ hợp chập k của n là một cách chọn k phần tử từ một tập hợp n phần tử (với k, n là các số tự nhiên, \(1 \le k \le n\)).

b) Số các tổ hợp

Kí hiệu \(C_n^k\) là số các chỉnh hợp chập k của n phần tử \((1 \le k \le n)\).

\(C_n^k = \frac{{n!}}{{k!(n - k)!}}\).

Chú ý: \(C_n^k = \frac{{A_n^k}}{{k!}}\).

4. Ứng dụng hoán vị chỉnh hợp, tổ hợp vào các bài toán đếm

Các khái niệm hoán vị, chỉnh hợp và tổ hợp liên quan mật thiết với nhau và là những khái niệm cốt lõi của các phép đếm. Rất nhiều bài toán đếm liên quan đến việc lựa chọn, việc sắp xếp, vì vậy các công thức tính \({P_n}\), \(A_n^k\), \(C_n^k\) sẽ được dùng rất nhiều.

5. Sử dụng máy tính cầm tay

Với một số máy tính cầm tay, ta có thể tính toán nhanh số các hoán vị, chỉnh hợp và tổ hợp.

Ví dụ 1: Tính \({P_8} = 8!\).

Ta được kết quả 40320.

Ví dụ 2: Tính C\(A_{12}^5\).

Ta được 95040.

Ví dụ 3: Tính \(C_{20}^{11}\).

Ta được 167960.

B. Bài tập

Bài 1: Bài đồ xe ô tô còn lại ba chỗ trống như hình vẽ. Có ba chiếc ô tô (kí hiệu A, B, C) đang đi vào bãi để xe ô tô.

a) Có bao nhiêu cách sắp xếp ba chiếc xe vào ba chỗ trống?

b) Vẽ sơ đồ hình cây về các cách sắp xếp và kiểm tra kết quả tính toán ở trên.

Giải:

a) Mỗi cách sắp xếp ba chiếc xe vào ba chỗ trống là một hoán vị của ba chiếc xe. Do đó, số cách sắp xếp ba chiếc xe vào ba chỗ trống là \({P_3} = 3.2.1 = 6\) (cách).

b) Sơ đồ hình cây như hình dưới. Sơ đồ có ba cành lớn, mỗi cạnh lớn có hai cành vừa, mỗi cành vừa có một cạnh bé. Từ đó, số cạnh bé bằng 3.2.1 = 6. Từ đó, số cách sắp xếp ba chiếc xe vào ba chỗ trống là 6 cách.

Bài 2: Tính số cách xếp thứ tự đã luân lưu 11 m của 5 cầu thủ.

Giải:

Mỗi cách xếp thứ tự đã luận lưu 11 m của 5 cầu thủ là một hoán vị của 5 cầu thủ.

Vậy số cách sắp xếp là: \({P_5} = 5.4.3.2.1 = 120\).

Bài 3: Phần thi chung kết nội dung chạy cự li 1500 m của một giải đấu có 10 vận động viên tham gia. Có bao nhiêu khả năng về kết quả 3 vận động viên đoạt huy chương vàng, bạc và đồng sau khi phần thi kết thúc? Biết rằng không có hai vận động viên nào về đích.

Giải:

Mỗi kết quả về 3 vận động viên đoạt huy chương vàng, bạc và đồng của nội dung thi đấu là một chỉnh hợp chập 3 của 10 vận động viên. Do đó, số kết quả có thể là \(A_{10}^3 = 10.9.8 = 720\).

Bài 4: Ở các căn hộ chung cư, người ta thường dùng các chữ số để tạo mật mã cửa. Gia đình bạn Linh đặt mật mã của là một dãy số gồm 6 chữ số đôi một khác nhau. Hỏi gia đình bạn Linh có bao nhiêu cách để tạo mật mã?

Giải:

Mỗi mật mã của gia đình bạn Linh là một chỉnh hợp chập 6 của 10 chữ số.

Vậy có \(A_{10}^6 = 10.9.8.7.6.5 = 151200\) (cách để tạo mật mã).

Bài 5: Bạn Quân có 4 chiếc áo sơ mi khác màu là áo vàng, áo xanh, áo trắng và áo nâu. Bạn muốn chọn 2 chiếc áo để mặc khi đi du lịch. Viết các tổ hợp chập 2 của 4 chiếc áo.

Giải:

Các tổ hợp chập 2 của 4 chiếc áo là:

{áo vàng; áo xanh}, {áo vàng; áo trắng}, {áo vàng; áo nâu}, {áo xanh; áo trắng}, {áo xanh; áo nâu}, {áo trắng; áo nâu}.

Bài 6: Lớp 10A có 18 bạn nữ và 20 bạn nam.

a) Có bao nhiêu cách chọn 3 bạn nữ trong 18 bạn nữ?

b) Có bao nhiêu cách chọn 5 bạn nam trong 20 bạn nam?

c) Có bao nhiêu cách chọn một tổ xung kích gồm 3 bạn nữ và 5 bạn nam?

Giải:

a) Mỗi cách chọn 3 bạn nữ trong 18 bạn nữ là một tổ hợp chập 3 của 18 phần tử, do đó có \(C_{18}^3\) cách chọn.

b) Mỗi cách chọn 5 bạn nam trong 20 bạn nam là một tổ hợp chập 5 của 20 phần tử, do đó có \(C_{20}^5\) cách chọn.

c) Số cách chọn một tổ xung kích gồm 3 bạn nữ và 5 bạn nam là: \(C_{18}^3.C_{20}^5 = 816.15504 = 12651264\).

Bài 7: Tổ Một có 9 thành viên. Tuần tới là phiên trực nhật của tổ, nên cần phân công 4 bạn đi bề ghế của lớp cho buổi chào cờ. a) Tổ có bao nhiêu cách phân công 4 bạn đi bề ghế? b) Tổ có bao nhiêu cách chọn 5 bạn không phải đi bề ghế?

Giải:

a) Mỗi cách phân công 4 bạn từ 9 bạn là một tổ hợp chập 4 của 9 bạn. Do đó, số cách phân công 4 bạn của tổ đi bề ghế là \(C_9^4 = \frac{{9!}}{{4!5!}} = \frac{{9.8.7.6}}{{4.3.2.1}} = 126\) (cách).

b) Tương tự, số cách chọn 5 bạn từ 9 bạn không phải đi bề ghế là \(C_9^5 = \frac{{9!}}{{5!4!}} = 126\) (cách).