本题导读
本题考查排列组合与计数原理,以及全错位排列。
📌【题干】
Question
(1993年新高考(理)) 将数字 1,2,3,4 填入标号为 1,2,3,4 的四个方格里,每格填一个数字,则每个方格的标号与所填的数字均不相同的填法有 ()
A. 6 种 B. 9 种 C. 11 种 D. 23 种
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一步: 识别题目模型。由于要求每个方格的标号与所填数字均不相同,这完全符合组合数学中“全错位排列”的定义。
- 第二步逻辑(方法一): 采用列举法,从第一个方格开始依次讨论可填的数字。利用树状图思维逐个分支进行穷举,确保不重不漏地数出所有可能。
- 第三步逻辑(方法二): 直接利用错位排列数递推公式 ,从初始状态 开始逐级递推计算出 的值。
✅【答案】
Success
B
✍【详细解析】
Abstract
方法一:树状图列举法 我们用 表示 1、2、3、4 号方格内分别填入的数字,要求 。
- 当 1 号格填 2 时,剩余数字 1, 3, 4:
- 若 2 号格填 1,则剩余 3, 4 只能填入 4, 3 号格(因为 3 号格不能填 3),得到:;
- 若 2 号格填 3,则剩余 1, 4 只能填入 4, 1 号格(因为 4 号格不能填 4),得到:;
- 若 2 号格填 4,则剩余 1, 3 只能填入 3, 1 号格(因为 3 号格不能填 3),得到:。 综上,1 号格填 2 时共有 3 种 填法。
- 根据对称性:
- 当 1 号格填 3 时,同理可得也有 3 种 填法(分别为 , , );
- 当 1 号格填 4 时,同理可得也有 3 种 填法(分别为 , , )。
由于 1 号格不能填 1,其只能填 2, 3, 4,故总填法种数为: 故正确答案为:B
方法二:错位排列公式法() 设 个元素的全错位排列数为 。 根据错位排列基本储备知识:
- (1个元素无法错位)
- (即 2, 1 这一种)
- (即 2, 3, 1 和 3, 1, 2 这二种)
利用错位排列的通用递推公式 ,将 代入: 故正确答案为:B
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点: 错位排列模型。常以“信件装错信封”、“名字与座位不对应”、“帽子拿错”等生活场景为背景出题。
- 核心方法: 记住前5个错位排列数(0, 1, 2, 9, 44)是解决高考此类选择填空题的捷径。
- 避坑指南: - 避免使用常规的排列组合数直接去乘(如 ),因为该模型含有特定位置排除的复杂交集限制,盲目直接分配极易算重或算漏。
- 使用列举法时一定要按数字大小顺序或分支逻辑书写,防止思维混乱导致漏项。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题属于组合数学中经典的“伯努利-欧拉错装信封问题”(The Misaddressed Letters Problem),属于高考对经典数学名题低阶形式的直接搬用。
- 结论推广(常用错位排列数储备): 在高考中,由于题型限制,通常考查的元素个数 ,其对应的全错位排列数 规律如下: 掌握这一数列(0, 1, 2, 9, 44),在遇到类似“4个人拿错4把伞”、“5封信全部装错5个信封”等表述时,可实现直接。
🔗【关联脉络】
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