Меню
Разработки
Разработки  /  Алгебра  /  Уроки  /  Прочее  /  Элементы комбинаторики. Бином Ньютона

Элементы комбинаторики. Бином Ньютона

18.09.2023

Содержимое разработки

ГАПОУ «Оренбургский областной медицинский колледж»












Методическая разработка

теоретического занятия для преподавателя

по дисциплине ОДБ.04 Математика

для специальностей:

31.02.02 Акушерское дело

34.02.01 Сестринское дело

33.02.01 Фармация

на базе основного общего образования (база 9 классов)


Тема: «Элементы комбинаторики. Формула бинома Ньютона»





















Оренбург 2018

РассмотренА и одобренА

на заседании

общеобразовательной ПЦК

Протокол №_________________

« __ » _________________ 2018г.

Председатель ПЦК

_________________ Лапина Н.В.


















Автор: преподаватель математики ГАПОУ «ООМК» Данилова Е.В.








Учебно-методическая карта


Тема: «Статистическая обработка данных»

Тип занятия: комбинированный (усвоение новых знаний и первичное закрепление)

Форма проведения: теоретическое занятие

Продолжительность: 90 минут

Цели:

Образовательная:

  • добиться прочного усвоения знаний по теме;

  • познакомить с начальными представлениями о комбинаторике, соединениях (перестановках, сочетаниях, размещениях), формуле бинома Ньютона.

Студент должен иметь представление:

  • о табличном и графическом представлении данных.

Студент должен знать/понимать:

  • понятия: комбинаторика, факториал, перестановки, сочетания, размещения, конечное множество, бином Ньютона, биномиальные коэффициенты, треугольник Паскаля;

  • формулы: числа перестановок, сочетаний, размещений, бинома Ньютона;

  • свойства биномиальных коэффициентов;

  • метод перебора;

  • поочередный и одновременный выбор нескольких элементов из конечного множества.

Студент должен уметь:

  • решать простейшие комбинаторные задачи методом перебора, а также с использованием известных формул.

Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

  • понимания взаимосвязи учебного предмета с особенностями профессии и профессиональной деятельности, в основе которых лежат знания по данному учебному предмету.

Развивающая:

  • развивать исследовательскую культуру;

  • развивать навыки построения логической цепи рассуждений;

  • способствовать развитию кругозора, логического мышления, грамотной речи, внимания и памяти;

  • способствовать развитию умений оформлять результаты эксперимента в устной и письменной форме.

Воспитательная:

  • содействовать формированию коммуникативной компетенции (культуры общения, умения аргументировать свою точку зрения);

  • содействовать воспитанию интереса к математике.

Методическая:

  • структурировать теоретические знания по теме для более легкого восприятия информации студентами;

  • наглядно продемонстрировать перенос теоретических знаний на практику на примерах решения задач;

  • стимулировать познавательную и творческую активность студентов.

Основное содержание материала: Поочередный и одновременный выбор нескольких элементов из конечного множества. Формулы числа перестановок, сочетаний, размещений. Решение комбинаторных задач. Формула бинома Ньютона. Свойства биномиальных коэффициентов. Треугольник Паскаля.

Решение простейших комбинаторных задач методом перебора, а также с использованием известных формул.

Педагогические технологии:

  • личностно-ориентированное обучение;

  • технология проблемного обучения;

  • технология развивающего обучения.

Методы обучения:

  • словесный;

  • наглядный;

  • частично-поисковый;

  • объяснительно-иллюстративный;

  • проблемный;

  • аналитический;

  • исследовательский.

Формы организации контроля:

  • самоконтроль;

  • взаимоконтроль;

  • тестовый контроль.

Формы организации учебной деятельности:

  • коллективная;

  • индивидуальная.

Межпредметные связи с дисциплинами:

  • история;

  • генетика;

  • биология;

  • информатика.

Внутрипредметные связи:

  • числовые последовательности;

  • корни и степени;

  • теория вероятности;

  • теория множеств.

Оборудование:

  • классная доска, мел.

Оснащение:

дидактическое:

  • обучающее видео «Математические секреты треугольника Паскаля»;

  • тестовые задания.

методическое:

  • рабочая программа учебной дисциплины ОДБ.04 Математика;

  • тематический план;

  • учебно-методическая карта;

  • методическая разработка для преподавателя по теме «Элементы комбинаторики. Формула бинома Ньютона».

Виды самостоятельной работы:

аудиторная:

  • решение задач на перебор вариантов, на подсчет числа перестановок, сочетаний, размещений;

  • решение тестовых заданий.

внеаудиторная:

  • работа с дополнительными источниками информации;

  • составление бинома Ньютона при n3.

Предварительная подготовка студентов: подготовка сообщений.

Список литературы

Основная:

Математика: алгебра и начала математического анализа, геометрия. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. организаций: базовый и углубл. уровни / [Ш.А. Алимов, Ю.М. Колягин, М.В. Ткачёва и др.]. – 5-е изд. – М. : Просвещение, 2018.

Дополнительная:

  1. Бутузов В.Ф., Прасолов В.В. / Под ред. Садовничего В.А. Математика: алгебра и начала математического анализа, геометрия. Геометрия (базовый и углубленный уровень). Просвещение, 2014г.

  2. Колягин Ю.М., Ткачёва M.B., Фёдорова Н.Н. и др. Математика: алгебра и начала математического анализа, геометрия. Геометрия (базовый и углубленный уровень). Просвещение, 2015г.

  3. Шарыгин И.Ф. Математика: алгебра и начала математического анализа, геометрия. Геометрия (базовый уровень). Дрофа, 2014г.

Литература для студентов:

Математика: алгебра и начала математического анализа, геометрия. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. организаций: базовый и углубл. уровни / [Ш.А. Алимов, Ю.М. Колягин, М.В. Ткачёва и др.]. – 5-е изд. – М. : Просвещение, 2018.



План занятия


  1. Вводная часть – 10-12 мин.

    1. Организационный момент – 1-2 мин.

    2. Сообщение темы занятия, вовлечение обучающихся в процесс целеполагания, мотивация – 3-4 мин.

    3. Активизация опорных знаний – 5-7 мин.

  1. Основная часть (изучение нового теоретического материала) – 50-55 мин.

    1. Историческая справка – 8-10 мин.

  • Возникновение комбинаторики как науки.

    1. Элементы комбинаторики – 28-30 мин.

  • общие правила комбинаторики;

  • перестановки;

  • размещения;

  • сочетания.

    1. Бином Ньютона – 13-15 мин.

  • формула бинома Ньютона;

  • свойства биномиальных коэффициентов;

  • треугольник Паскаля.

  1. Закрепление материала – 23-25 мин.

    1. Решение задач – 15-17 мин.

    2. Тестовый контроль – 10-12 мин.

  2. Рефлексия и подведение итогов – 2-3 мин.

  3. Домашнее задание – 1-2 мин.

СВР: Составление бинома Ньютона при n3.

План-конспект занятия


  1. Вводная часть – 10-12 мин.

    1. Организационный момент – 1-2 мин.

Проверка присутствующих студентов и их готовности к занятию.

    1. Сообщение темы занятия, вовлечение обучающихся в процесс целеполагания, мотивация – 3-4 мин.

Вопросы студентам:

  • Можно ли подсчитать число всех возможных комбинаций, которые можно составить из небольшого количества элементов?

  • А если элементов будет значительно больше и сколько времени на это потребуется?

  • Можно ли возвести двучлен в достаточно большую степень, например десятую, не перемножая при этом последовательно скобки?

    1. Активизация опорных знаний – 5-7 мин.

Вспомнить факториалы.

n! = 1∙2∙3∙…∙n

0! = 1

Решение задачи на перебор вариантов.

Задача:

На должности медсестры процедурного кабинета, участковой медсестры и медсестры физиотерапевтического кабинета претендуют Иванова, Громова и Орлова. Назовите возможные варианты распределения должностных мест.

Ответ:

Вариант1: 1) Иванова, 2) Громова, 3) Орлова.

Вариант2: 1) Иванова, 2) Орлова, 3) Громова.

Вариант3: 1) Орлова, 2) Иванова, 3) Громова.

Вариант4: 1) Орлова, 2) Громова, 3) Иванова.

Вариант5: 1) Громова, 2) Орлова, 3) Иванова.

Вариант6: 1) Громова, 2) Иванова, 3) Орлова.

Решение задачи методом перебора вариантов занимает достаточно большое количество времени. Как можно было решить ее быстрее мы узнаем чуть позже на сегодняшнем занятии.


  1. Основная часть (изучение нового теоретического материала) – 50-55 мин.

    1. Историческая справка – 8-10 мин.

При решении многих практических задач часто приходится имеющиеся предметы (элементы) соединять в разные наборы (комбинации). Задачи, которые рассматривают такие соединения, и находится число различных соединений, называют комбинаторными.

Комбинаторикой называется область математики, в которой изучаются вопросы о том, сколько различных комбинаций, подчиненных тем или иным условиям, можно составить из элементов, принадлежащих заданному множеству. В каждой из них требуется подсчитать число возможных вариантов осуществления некоторого действия, ответить на вопрос «сколькими способами».

Сообщение студентов «Возникновение комбинаторики как науки».

    1. Элементы комбинаторики – 28-30 мин.

Общие правила комбинаторики

Многие комбинаторные задачи могут быть решены с помощью следующих двух важных правил, называемых соответственно правилами умножения и сложения.

Правило суммы

Если некоторый объект А можно выбрать m способами, а объект В - k способами (не такими, как А), то объект либо А, либо В можно выбрать m + k способами.

Пример:

В ящике имеется n разноцветных шариков. Произвольным образом вынимаем один шарик. Сколькими способами это можно сделать? Конечно, n способами.

Теперь эти n шариков распределены по двум ящикам: В первом m шариков, во втором k. Произвольно из какого-нибудь ящика вынимаем один шарик. Сколькими разными способами это можно сделать? Из первого ящика шарик можно вытянуть m различными способами, из второго k: различными способами, всего n = m + k способами.

Правило произведения

Если объект А можно выбрать m способами, а после каждого такого выбора другой объект В можно выбрать (независимо от выбора А) k способами, то пары объектов А и В можно выбрать m·k способами.

Задача:

В студенческой группе 14 девушек и 6 юношей. Сколькими способами можно выбрать, для выполнения различных заданий, двух студентов одного пола?

По правилу умножения двух девушек можно выбрать 14 ·13 = 182 способами, а двух юношей 6·5 = 30 способами. Следует выбрать двух студентов одного пола: двух студентов или студенток. Согласно правилу сложения таких способов выбора будет 182 + 30 = 212.

Задача:

Сколько можно записать двузначных чисел в десятичной системе счисления?

Поскольку число двузначное, то число десятков (m) может принимать одно из девяти значений: 1,2,3,4,5,6,7,8,9. Число единиц (k) может принимать те же значения и может, кроме того быть равным нулю. Отсюда следует, чтоm = 9, а k= 10. Всего получим двузначных чисел n = m ·k = 9·10 =90.

Следствие

Правило произведения справедливо и для любого конечного числа объектов.

Если некоторый объект Аi (i = 1, 2, … , n) можно выбрать Кi (i = 1, 2, … , n) способами (причем, каждый следующий объект выбирается независимо от выбора предыдущего объекта), то объекты А1, А2, … , Аn можно выбрать k = k1 · k2 ·…· kn способами.

Например, сколькими способами можно составить трехзначное число, делящееся на 5? Число имеет три позиции, каждую из которых мы назовем событием:

  • событие А1 –число сотен, их можно выбрать k1 =9 (все цифры, кроме 0) способами;

  • событие А2 – число десятков, их можно выбрать k2 = 10 (все цифры, включая 0) способами;

  • событие А3 – число единиц, которым удовлетворяет только две цифры: 0 и 5, следовательно, k3 = 2. Таким образом, всего получаем n = k1 · k2 · k3 = 9 · 10 · 2 = 180 чисел.

Перестановки

Перестановками называют комбинации, состоящие из одних и тех же различных элементов и отличающиеся только порядком их расположения. Число всех возможных перестановок

Рn = n · (n - 1) · (n – 2) · … · 2 · 1 = n!

Пример:

Сколько трехзначных чисел можно составить из цифр 1,2,3, если каждая цифра входит в изображение числа только один раз?

Решение:  .

Пример:

Порядок выступления семи участников на студенческой конференции определяется жребием. Сколько различных вариантов жеребьевки при этом возможно?

Решение:

Каждый вариант жеребьевки отличается только порядком участников, то есть является перестановкой из 7 элементов. Их число находится

   .

Пример:

К кассе за получением денег подошли одновременно 4 человека. Сколькими способами они могут выстроиться в очередь?

Решение: 

Очередь состоит из 4 различных лиц, поэтому в каждом способе составления очереди учитывается порядок их расположения. Таким образом, имеют место перестановки из четырех человек, их число равно

Размещения

Размещениями называют комбинации, составленные из различных элементов по элементов, которые отличаются либо их порядком, либо составом элементов.

Число всех возможных размещений рассчитывается

 

Пример: 

Сколько можно составить сигналов из 6 флажков различного цвета, взятых по два?

Решение:

 

Пример: 

Расписание одного дня состоит из пяти уроков. Определить число вариантов расписания при выборе из 11 дисциплин.

Решение: 

Каждый вариант расписания представляет набор 5 дисциплин из 11, отличающийся от других вариантов, как составом дисциплин, так и порядком их следования, то есть является размещением из 11 элементов по 5. Число вариантов расписания находят по формуле

 

Сочетания

Сочетаниями называют комбинации, составленные из различных элементов по элементов, которые отличаются хотя бы одним элементом. Число сочетаний

 

Пример: 

Сколькими способами можно выбрать 2 детали из ящика, содержащего 10 деталей?

Решение:

Пример: 

В шахматном турнире участвуют 16 человек. Сколько партий должно быть сыграно в турнире, если между любыми двумя участниками должна быть сыграна одна партия?

Решение: 

Каждая партия играется двумя участниками из 16 и отличается только составом пар участников, то есть представляет собой сочетание из 16 элементов по два

 

Пример: 

Имеется 6 штаммов бактерий. Для определения скорости их роста необходимо выбрать три штамма. Сколькими способами можно это сделать?

Решение: 

Способы отбора считаются различными, если каждый отобранный штамм различается хотя бы одним элементом. Это число

 

 То есть имеется 20 способов.


Подчеркнем, что числа размещений, перестановок и сочетаний связаны равенством

 


    1. Бином Ньютона – 13-15 мин.

Формула бинома Ньютона

Это формула, представляющая выражение ( a + b ) n  при положительном целом  n  в виде многочлена:

            

Заметим, что сумма показателей степеней для  a  и  b  постоянна и равна n.

Пример 1: 

Числа      называются биномиальными коэффициентами.

Свойства биномиальных коэффициентов

  1. Сумма коэффициентов разложения ( a + b ) n  равна  2 n .

  2. Коэффициенты членов, равноудалённых от концов разложения, равны.

  3. Сумма коэффициентов чётных членов разложения равна сумме коэффициентов нечётных членов разложения; каждая из них равна

Треугольник Паскаля

Просмотр обучающего видео «Математические секреты треугольника Паскаля».

Биномиальные коэффициенты можно вычислить, применяя только сложение, если пользоваться треугольником Паскаля:

Первая строка в этой таблице содержит биномиальные коэффициенты для  n = 1;  вторая - для  n = 2;  третья - для   n = 3 и т.д. Поэтому, если необходимо, например, разложить выражение ( a + b )7 , мы можем получить результат моментально, используя таблицу:



  1. Закрепление материала – 23-25 мин.

    1. Решение задач – 15-17 мин.

Замечание: При решении задач по комбинаторике следует обращать внимание, учитывается ли порядок в сочетаниях. Если порядок учитывается, то есть составляются упорядоченные множества, то это – размещения. Если порядок не учитывается, то есть составляются множества, то это – сочетания.


Типичные задачи, в которых обычно путаются студенты


Сочетания

Размещения

1. Сколько рукопожатий получится, если здороваются 5 человек?
{Вася, Петя} = {Петя, Вася} – одно и тоже.
Значит, порядок неважен, значит это подмножество по два элемента из 5, значит это сочетание из пяти по два.

1. Сколькими способами пять человек могут обменяться фотографиями?
{Вася, Петя} ≠ {Петя, Вася} – разные обмены.
Значит, порядок важен, значит это последовательность по два элемента из 5, значит это размещение из пяти по два.

Перестановки

1. Сколькими способами n человек могут сесть на одной скамейке?
Pn = n!

2. Сколькими способами n человек могут сесть за круглым столом?


Задачи:

  1. Сколько различных экзаменационных комиссий по 3 человека можно составить, если на кафедре 20 преподавателей?

  2. Сколькими способами можно окрасить трехкомнатную квартиру (каждая комната окрашивается одной краской, все комнаты окрашиваются в разные цвет), если имеется 10 различных красок?

  3. Сколькими способами можно расставить 5 книг на полке?

    1. Тестовый контроль – 10-12 мин.


ТЕСТ №1

1. Сколькими способами можно выбрать 3 плитки шоколада из имеющихся 5 плиток?

А) 15; В) 60; С) 45; D) 120.

2. На пяти карточках написаны числа 1, 2, 3, 4, 5. Сколько различных трехзначных чисел можно из них составить?

А) 25; В) 60; С) 20; D) 6.

3. Составить из трех букв А, В и С все сочетания по две буквы.

А) 12; В) 9; С) 6; D) 68.

4. Из 20 учащихся надо выбрать двух дежурных. Сколькими способами это можно

сделать?

А) 190; С) 120; С) 95; D) 150.

5. Из 10 роз и 8 георгинов нужно составить букет так, чтобы в нем было 2 розы и 3 георгина. Сколькими способами это можно сделать?

А) 3220; В) 1250; С) 2520; D) 1260.


ТЕСТ №2

1. Сколько различных комбинаций может выпасть в спортлото "6 из 45" ?

А) 75 230; В) 8 145 060; С) 10 230 000; D)50 250 018 .

2. Составить все размещения из трех букв А, В, С.

А) 6; В) 8; С) 12; D) 15.

3. Сколькими способами можно группу из 15 учащихся разделить на две группы так, чтобы в одной группе было 4, а в другой - 11 человек?

А) 968; В) 1200; С) 1456; D) 1365.

4. Сколькими способами можно расставить 8 томов энциклопедии на книжной полке так, чтобы первый и второй тома не стояли рядом?

А) 26 854; В) 32 278; С) 30240; D) 25 234.

5. В автомашине 7 мест. Сколькими способами семь человек могут усесться в эту машину, если занять место водителя могут только трое из них?

А) 1956; В) 1236; С) 2160; D) 2112.


ОТВЕТЫ

1

2

3

4

5

Тест№1

В

В

С

А

А

Тест№2

В

А

D

А

С


  1. Рефлексия и подведение итогов – 2-3 мин.

Что нового узнали на занятии?

Что осталось недопонятым?


  1. Домашнее задание – 1-2 мин.

СВР: Составление бинома Ньютона при n3.




-75%
Курсы повышения квалификации

Активизация основных видов деятельности учащихся на уроках математики в условиях реализации ФГОС в основной школе

Продолжительность 72 часа
Документ: Удостоверение о повышении квалификации
4000 руб.
1000 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Элементы комбинаторики. Бином Ньютона (73.51 KB)

Комментарии 0

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или на сайт