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KBAT · 排列与组合

KBAT:带限制的计数

计数 KBAT 题很少只让你算一个普通阶乘。它会加上一个条件,必须待在一起的对象,或不可以相邻而坐的对象,并要你选一种从第一步就把限制建进去的方法。

计数法则是中五内容;高层次的部分在于选用捆绑法还是插空法,并说明理由。

为什么这是 KBAT 题

常规的计数题会问'nn 个不同对象有多少种排列?',答案是 n!n!

KBAT 题会加上一个条件,某些对象必须待在一起,或某组里两两都不可相邻,并要你从第一行起就把这个条件折进计数里,而不是把所有排列列出来再划掉不合格的。这就是Kemahiran Berfikir Aras Tinggi,高层次思维:乘法原理、n!n!

nPr^{n}P_{r} 都是熟悉的中五工具,但决定把几个对象捆成一个整体,或先安排一组、再把另一组塞进空位,这是一种没有人替你做的建模选择。在 Add Math 里,这奖励的是能把「必须相邻」翻译成一个捆绑整体、把「两两不相邻」翻译成空位的学生,也奖励懂得好方法会让限制消失、而不是与它对抗的学生。

带来难度的是方法的选择,而不是算术。

一道例题,试卷二风格

这是一道按 SPM 试卷二风格编写的原创题。请先自己做一遍,再看解答。

Q1[8 marks]

一位摄影师把 33 名成人和 44 名儿童,七个不同的人,排成一排拍照。求可能的排列数:(a) 没有限制;(b) 三名成人必须站在一起;(c) 任何两名成人都不可相邻。

Show worked solution

理解。 七个人都不同,所以顺序有影响,每个位置各不相同。

(a) 是普通排列;(b) 迫使三人成为邻座;(c) 禁止任意两名成人成为邻座。我们选一种从一开始就把每个条件建进去的方法。

计划。 (a) 用 7!7!

(b) 把三名成人看作一个整体,于是有 55 个单位要排,再乘以整体内部的顺序。(c) 先安排儿童,再把成人放进他们之间与两端的空位,使任何两名成人都不共用一个空位。

执行并检验。 (a) 七个不同的人排成一排:

7!=50407!=5040

(b) 把三名成人捆成一个整体。这个整体与 44 名儿童一起,构成 55 个单位排成一排,共 5!5!

种。整体内部 33 名成人可排成 3!3!

种:

5!×3!=120×6=7205!\times 3!=120\times 6=720

(c) 先安排 44 名儿童,共 4!4! 种。

四名儿童排成一排会形成 55 个空位,前面一个、中间三个、后面一个:

_  C  _  C  _  C  _  C  _\_\;C\;\_\;C\;\_\;C\;\_\;C\;\_

把每名成人放进不同的空位,就保证任何两名成人都不相邻。从 55 个空位中选 33 个并放入 33 名不同的成人,共 5P3^{5}P_{3} 种:

5P3=5×4×3=60^{5}P_{3}=5\times 4\times 3=60

由乘法原理,任何两名成人都不相邻的排列数为:

4!×5P3=24×60=14404!\times{}^{5}P_{3}=24\times 60=1440

检验。 三个答案应处在合理的大小顺序中。

「相邻」的 720720 较小,符合预期,因为迫使三人成为邻座是很重的限制。「两两不相邻」的 14401440 较大,但仍远低于无限制的 50405040,这也对:禁止相邻去掉了很多、但并非大多数排列。

重新推导 5P3=5!/2!=120/2=60^{5}P_{3}=5!/2!=120/2=60 确认了插空这一步,24×60=144024\times 60=1440 前后一致。

如何找到合理的第一步

当计数题带着限制时,可靠的第一步是先给条件命名,并在写下任何数字之前把它对应到一种标准方法。「必须相邻」直接指向捆绑法:把相关对象绑成一个单位,数单位数,再乘以内部顺序。

「两两不相邻」指向插空法:先安排没有限制的那一组,再把受限对象放进空位,使条件根本无法被破坏。判断哪种方法合适,比任何阶乘都更值钱,因为对的模型会让限制消失,而不是留到最后去把关。

只有在选定方法之后,才去数单位、空位和内部顺序。忍住把排列一一列出再相减的冲动,那条路在考试压力下又慢又易错,而且一个漂亮的想法也拿不到步骤分。

阅卷老师看重什么

评分是分步给分的,所以步骤分一行一行地给。对于带限制的计数题,阅卷老师会找:

  • 无限制的计数正确写成 7!=50407!=5040
  • 「相邻」情形中把三名成人当作一个整体。
  • 捆绑计数的两部分都写出:单位的 5!5! 与整体内部的 3!3!
  • 「两两不相邻」认出插空法,先安排儿童,空位数为 55
  • 成人放入空位写成 5P3=60^{5}P_{3}=60 而非 5C3^{5}C_{3},因为成人各不相同。
  • 乘法原理干净地用上:4!×5P3=14404!\times{}^{5}P_{3}=1440

老师如何帮助你

计数进步最快,靠的是学生能给限制命名,并毫不迟疑地取用对应的方法。在一对一课堂上,我们的老师会请你用文字说出:一组人是必须待在一起,还是必须分开,并据此在动阶乘之前先选好捆绑法或插空法。

我们会特别留意 nPr^{n}P_{r}nCr^{n}C_{r} 之间的取舍,因为顺序是否重要正是最常丢分的地方。spmaddmath.com.my 的老师经验丰富,课程在线进行,以英语授课。

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常见问题

捆绑法为什么用 5!5! 而不是 4!4!

因为把三名成人捆成一个整体后,这个整体本身就是一个要与四名儿童一起排的单位。于是共有 4+1=54+1=5 个单位排成一排,排法为 5!5!,再乘以整体内部的 3!3!

只数四名儿童会忽略这个整体本身的位置。

空位为什么用 5P3^{5}P_{3} 而不是 5C3^{5}C_{3}

因为三名成人是不同的人,所以哪名成人进哪个空位是有区别的。5C3^{5}C_{3} 只是选出三个空位;5P3^{5}P_{3} 既选空位把不同的成人在其中排序,这正是一排照片所需要的。

「两两不相邻」那部分为什么先安排儿童?

因为限制是加在成人身上,所以我们先安排没有限制的一组,儿童。四名儿童形成五个空位,每个空位至多放一名成人,就使两名成人不可能成为邻座。

先安排受限的那一组,你反而会一直在与条件较劲。

如果我最后算出的数字错了,还能得分吗?

能。Add Math 试卷二为 2 小时 30 分钟100 分,评分是分步给分,步骤分一行一行地给。

正确选用的捆绑法或插空法,只要写出单位与内部顺序,即使一处算术失误改变了最终总数,也能拿到不错的分数。

来源:SRC-DSKP-ENSRC-FORMAT

作者 spmaddmath.com.my 编辑团队.· 最后更新 5 September 2026

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