相邻问题

相邻问题

遇“必须挨着”用捆绑法,先捆相邻元素当整体,内部再全排,整体与外元素同排;注意捆绑后总数减1,乘内部顺序;若多组相邻先分捆再相乘,秒杀口诀:捆内乘阶,捆外正常排。

一、基础理论知识

排列组合中的相邻问题主要涉及元素之间的相对位置关系,常见要求包括:

相邻:某些元素必须连在一起,使用捆绑法处理
不相邻:某些元素不能相邻,使用插空法处理
其他约束:如顺序固定、位置限制等

常用方法:

捆绑法:将必须相邻的元素捆绑成一个整体,与其他元素一起排列,然后考虑内部排列
插空法:先排列其他元素,然后在空隙中插入不相邻的元素

公式:

排列公式:$P_n^m = \frac{n!}{(n-m)!}$
组合公式:$C_n^m = \frac{n!}{m!(n-m)!}$
阶乘:$n! = n \times (n-1) \times \cdots \times 1$

二、题型识别

在题目中,如果出现以下关键词,通常属于相邻问题:

"相邻"、"连在一起"
"不能相邻"、"不能连在一起"
"必须相邻"、"必须分开"
"顺序固定"、"位置限制"

三、解题思路

1.
识别约束条件:确定哪些元素必须相邻或不能相邻
2.
使用捆绑法或插空法
对于相邻元素,捆绑成一个整体,参与排列,然后解绑内部排列
对于不相邻元素,先排列其他元素,然后在空隙中插入
3.
考虑其他条件:如顺序固定、位置限制等,逐步处理
4.
计算总排列数:将各步骤的排列数相乘

四、经典例题讲解


例题1:第1题

题干:单位工会组织按比例比赛,每支参赛队都由3名男职工和3名女职工组成。假设比赛时要求3名男职工的站位不能全部连在一起,则每支队伍有几种不同的站位方式?


选项:A.432 B.504 C.576 D.720


解析

总共有6个人,3男3女,无约束时总排列数为 $6! = 720$
要求3名男职工不能全部连在一起,考虑反面:3名男职工全部连在一起的情况
使用捆绑法:将3名男职工捆绑成一个整体,则与3名女职工共4个元素,排列数为 $4! = 24$
男职工内部排列数为 $3! = 6$
所以,男职工全部连在一起的排列数为 $24 \times 6 = 144$
因此,男职工不能全部连在一起的排列数为 $720 - 144 = 576$

答案:C.576


例题2:第2题

题干:某场学术论坛有6家企业作报告,其中A企业和B企业要求在相邻的时间内作报告,C企业作报告的时间必须在D企业之后,在E企业之前,F企业要求不能第一个,也不能最后一个作报告。如满足所有企业的要求,则报告的先后次序共有多少种不同的安排方式?


选项:A.12 B.24 C.72 D.144


解析

处理A和B相邻:将A和B捆绑成一个整体,有 $2! = 2$ 种内部排列。现在有5个元素:AB、F、C、D、E
处理C、D、E的顺序:要求C在D之后、在E之前,即顺序为D、C、E(固定顺序)。排列5个元素时,D、C、E顺序固定,排列数为 $\frac{5!}{3!} = \frac{120}{6} = 20$ 种
所以,满足A、B相邻和D、C、E顺序的排列数为 $20 \times 2 = 40$ 种
处理F不能第一个也不能最后一个:在40种排列中,F在第一个位置的排列数为 $\frac{40}{5} = 8$ 种(5个元素对称),同样F在最后一个位置也有8种。F在首或尾的总数为 $8 + 8 = 16$ 种
因此,F不在首尾的排列数为 $40 - 16 = 24$ 种

答案:B.24


例题3:第3题

题干:一场演出的节目有舞蹈《水韵江苏》、歌曲《让世界充满爱》和《绣红旗》、小品《幸福一家人》、魔术《奇幻之旅》、杂技《力量》。若要求两首歌曲分别作为开头曲和结尾曲,舞蹈与杂技相邻演出,小品和魔术不能相邻演出,则节目演出的排列顺序有( )。


选项:A.8种 B.12种 C.18种 D.24种


解析

节目共6个:舞蹈(D)、歌曲(S1、S2)、小品(X)、魔术(M)、杂技(Z)
两首歌曲在开头和结尾:位置1和6被歌曲占据,排列方式为 $P_2^2 = 2$ 种
中间位置2、3、4、5需排列D、Z、X、M,且D与Z相邻,X与M不相邻
处理D与Z相邻:在4个位置中,相邻位置对有(2,3)、(3,4)、(4,5)共3对。对于每对,D和Z有2种内部排列,但需考虑X与M不相邻
分析:
若D和Z在(2,3),剩余位置4和5相邻,X与M放置会相邻,不满足
若D和Z在(4,5),剩余位置2和3相邻,X与M放置会相邻,不满足
若D和Z在(3,4),剩余位置2和5不相邻,X与M可放置有 $2! = 2$ 种
所以,D和Z在(3,4)时有 $2$ 种排列(D-Z或Z-D),X和M有 $2$ 种排列,共 $2 \times 2 = 4$ 种
总排列数为歌曲的 $2$ 种 × 中间排列 $4$ 种 = $8$ 种

答案:A.8种