Применение правила умножения иллюстрируется на следующем примере:

«Из города А в город В ведут две дороги, из города В в город С - три дороги, из города С до пристани - две дороги (рис. 1). Туристы хотят проехать из города А через города В и С к пристани. Сколькими способами они могут выбрать маршрут?

Решение. Путь из А в В туристы могут выбрать двумя способами. Далее в каждом случае они могут проехать из В в С тремя способами. Значит, имеется 2·3 вариантов маршрута из А в С. Так как из города С на пристань можно попасть двумя способами, то всего существует 2·3·2, т.е. 12 способов выбора туристами маршрута из города А к пристани.

Упражнения в данном пункте направлены на составление различных комбинаций и подсчет числа возможных вариантов этих комбинаций.

В конце пункта 4 помещены задания смешанного типа, в которых рассматриваются различные комбинации элементов (перестановки, размещения, сочетания).

Дополнительные упражнения к §3 «Элементы комбинаторики» включают усложненные задания. Они могут быть использованы в работе с учащимися, проявляющими интерес и склонности к математике.

В 2004 году издательством «Дрофа» было выпущено пособие Е.А. Бунимовича, В.А. Булычева «Основы статистики и вероятность» для 5-9 классов. Пособие содержит необходимый теоретический и интересный практический материал для изучения новой вероятностно-статистической линии. Пособие может быть использовано вместе с любым из действующих учебников.

Цель данного пособия - помочь ребенку в формировании вероятностного мышления, в освоении школьного курса «Вероятность и статистика», помочь учителю в постановке преподавания этого нового материала.

В книге содержится дополнительный теоретический материал и соответствующие ему блоки задач, которые могут оказаться полезными для проведения занятий в профильных классах, математических кружках и на факультативах. Ко всем задачам учебного пособия даны ответы, а к большинству задач - подробные указания, комментарии и решения.

2.3 Общие сведения

В обыденной жизни нам нередко встречаются задачи, которые имеют несколько различных вариантов решения. Чтобы сделать правильный выбор, важно не упустить ни один из них. Для этого надо уметь осуществлять перебор всех возможных вариантов или подсчитывать их число. Задачи, требующие такого решения, называются комбинаторными. Область математики, в которой изучают комбинаторные задачи, называется комбинаторикой.

Комбинаторика возникла в XVI веке и первоначально в ней рассматривались комбинаторные задачи, связанные в основном с азартными играми. В процессе изучения таких задач были выработаны некоторые общие подходы к их решению, получены формулы для подсчета числа различных комбинаций.

В настоящее время комбинаторика является одним из важных разделов математической науки. Ее методы широко используются для решения практических и теоретических задач. Установлены связи комбинаторики с другими разделами математики.

В начальном обучении математике роль комбинаторных задач постоянно возрастает, поскольку в них заложены большие возможности не только для развития мышления учащихся, но и для подготовки учащихся к решению проблем, возникающих в повседневной жизни.

Комбинаторные задачи в начальном курсе математики решаются, как правило, методом перебора. Для облегчения этого процесса нередко используются таблицы и графы. В связи с этим учителю необходимы определенные умения и навыки решения комбинаторных задач.

КОМБИНАТОРИКА - раздел математики, в котором изучаются вопросы о том, сколько различных комбинаций, подчиненных тем или иным условиям, можно составить из заданных объектов.

Комбинаторику можно рассматривать как введение в теорию вероятностей, поскольку методы комбинаторики используются для решения многих вероятностных задач, в которых речь идет о подсчете числа возможных исходов и числа благоприятных исходов в различных конкретных случаях.

Выбором объектов и расположением их в том или ином порядке приходится заниматься чуть ли не во всех областях человеческой деятельности.

С аналогичными задачами, получившими название комбинаторных, люди сталкивались в глубокой древности. Уже несколько тысячелетий назад в Древнем Китае увлеклись составлением магических квадратов, в которых заданные числа располагались так, что их сумма по всем горизонталям, вертикалям и главным диагоналям была одной и той же. В Древней Греции подсчитывали число различных комбинаций длинных и коротких слов в стихотворных размерах, занимались теорией фигурных чисел, изучали фигуры, которые можно составить из частей особым образом разрезанного квадрата и т.д.

Комбинаторные задачи возникли и в связи с такими играми, как шашки, шахматы, домино, карты, кости и т.д.

Комбинаторика становится наукой лишь в 18 веке - в период, когда возникла теория вероятностей. Чтобы решать теоретико-вероятностные задачи, нужно было уметь подсчитывать число различных комбинаций, подчиненных тем или иным условиям. После первых работ, выполненных в 18 веке итальянским ученым Дж. Кардано, Н. Тартальей, и Г. Галилеем, такие задачи изучали французские математики Б. Паскаль и П. Ферма. Первым рассматривал комбинаторику как самостоятельную ветвь науки немецкий философ и математик Г. Лейбниц, опубликовавший в 1666 году работу " Об искусстве комбинаторики", в которой впервые появляется сам термин "комбинаторный".

Замечательные достижения в области комбинаторики принадлежат Л.Эйлеру. Комбинаторными задачами интересовались и математики, занимавшиеся составлением и разгадыванием шифров, изучением древних письменностей. Теперь комбинаторика находит применение во всех областях науки и техники: в биологии, где она применяется для изучения состава белков и ДНК, в химии, в механике и т.д.

По мере развития комбинаторики выяснилось, что, несмотря на внешнее различие изучаемых ею вопросов, многие из них имеют одно и то же математическое содержание и сводятся к задачам о конечных множествах и их подмножествах. Постепенно выяснилось несколько основных типов задач, к которым сводится большинство комбинаторных проблем. Важную область комбинаторики составляет теория перечислений. С ее помощью можно пересчитать число решений различных комбинаторных задач.

ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ - это раздел математики, изучающий закономерности, основанные на взаимодействии большого числа случайных явлений (статистические закономерности).

Отношение числа случаев благоприятствующих событию А, к числу всех возможных случаев называют вероятностью события А. (6 кл. учебник для образовательных учреждений / С.М. Никольский, А.В. Шевкин и др., стр.42)

Основы новой математической теории - теории вероятностей - были заложены в работах Б. Паскаля и других математиков XVII века. Во второй половине XIX века выдающиеся исследования по теории вероятностей велись русскими учеными П.Л. Чебышевым (1821-1894), А.А. Марковым (1856-1922) и другими. К настоящему времени в России сложилась сильная школа теории вероятностей. Крупнейшим ее представителем являлся А.Н. Колмогоров (1903-1987).

3. Развитие интереса к изучению математики у учащихся

В последние годы много и часто говорят о недостаточной эффективности процесса обучения в школе. Главную причину видят в том, что его традиционная организация не отвечает требованиям времени, не создает условий для улучшения качества обучения и развития учащихся. С этим трудно не согласиться. Решение этой проблемы, главным образом, зависит от того, на получение какого именно результата ориентируется учитель в своей работе. В этой связи главным критерием деятельности учителя является представление о конечном результате. Хотим ли мы дать ученику определенный набор знаний по предмету или сформировать личность, готовую к творческой деятельности. Главное найти тот рычаг, который приведет в движение механизм развития творческой деятельности, а вместе с тем и личности учащегося. Исходя из общей цели, стоящего перед системой обучения, направленной на общее развитие школьников, курс математики нацелен на решение следующих задач:

1. Способствовать продвижению школьников в общем развитии, то есть развивать их мышление;

2. Дать представление о математике как науке, обобщающей реально существующие и происходящие явления и способствующей познанию окружающей действительности;

3. Сформировать знания, умения и навыки, необходимые ученику в жизни.

При знакомстве с программой нужно иметь в виду, что ее содержание не однородно и относится к трем разным уровням, каждый из которых имеет свою специфику и требует различного подхода. Воспитать инициативного, думающего, ответственного человека традиционными способами невозможно и программа развивающего обучения - один из путей достижения этой цели. Проблема, которая особенно беспокоит педагогов, работающих в подростковых классах - потеря познавательного интереса, снижение внутренней мотивации учения.

Педагог должен исходить из реальной учебной ситуации. Ему надо не исследовать мышление ребенка, а анализировать ошибки детей, которые они допускают в процессе выполнения учебных заданий. Главной задачей для педагога является формирование у учащихся познавательной мотивации. А это может произойти только через грамотно построенное образование.

3.1 Примерные уроки по теме «Решение комбинаторных задач и теория вероятностей»

Класс: 6 класс

Тема: «Элементы комбинаторики и теории вероятностей».
Цель: Сообщение новых знаний, формирование умения решать простейшие комбинаторные задачи и вычислять вероятность событий.
Оборудование: 4 монеты, 4 игральных кубика (от 1 до 6), 1 кубик (от 1 до 3), 4 спичечных коробка пустых, таблицы с видами событий, таблица для занесения результатов испытаний.

Ход занятия

Сообщение темы занятия и цели.

С некоторыми комбинаторными задачами вы уже знакомы. Например, следующие:

1. Сколько двузначных чисел можно составить, используя цифры 1, 4 и 7 (цифры в числе не повторяются)? (Шесть: 14, 17, 41, 47, 71, 74).
2. Сколько различных 3-значных чисел можно составить из цифр 3, 7 и 8 (цифры не повторяются)? (Тоже шесть: 378, 387, 738, 783, 873, 837).
3. Сколько 4-значных чисел можно составить из 4 цифр? Разбор решения. «На 1-е место в 4-значном числе - 4 варианта, на 2-е - 3 варианта, на 3-е - 2 варианта, на 4-е - 1 вариант». 4*3*2*1=24. 4!=1*2*3*4. 3!=1*2*3.

Вводится определение: Задачи о подсчете числа возможных комбинаций называются комбинаторными.

Комбинаторика - раздел математики, в котором изучаются вопросы о том, сколько различных комбинаций, подчиненных тем или иным условиям, можно составить из заданных объектов. С комбинаторными задачами люди столкнулись в глубокой древности. Несколько тысячелетий назад в Древнем Китае занимались составлением магических квадратов. С ними мы знакомились в 5-м классе.

Инсценированная задача.

Ребята, представьте, что мы с вами оказались в конце XIX в. на постоялом дворе.

Пассажир ходит, ожидая кучера. Затем появляется кучер и пассажир спрашивает:
- Не пора ли запрягать?

- Что вы! - ответил кучер. - Еще полчаса до отъезда. За это время я успею 20 раз и запрячь, и отпрячь, и опять запрячь. Нам не впервой…

- А сколько в карету впрягается лошадей?

- Пять.

- Сколько времени полагается на запряжку лошадей?

- Да минуты 2, не более.

- Ой, ли? - усомнился пассажир. - Пять лошадей запрячь в две минуты… Что-то уж очень скоро!

- И очень просто, - отвечал кучер. - Выведут лошадей в сбруе, постромках с вальками, в вожжах. Остается только накинуть кольца вальков на крюки, приструнить двоих средних лошадей к дышлу, взять вожжи в руки, сесть на козлы и готово… Поезжай!

- Ну, хорошо! - заметил пассажир. - Допустим, что таким образом можно запрячь и отпрячь лошадей хоть 20 раз в полчаса. Но если их придется перепрягать одну на место другой, да еще всех, то уж этого не сделать не только в полчаса, но и в два часа.

- Тоже пустячное дело! - расхвастался кучер. - Разве нам не приходится перепрягать! Да какими угодно способами я их всех перепрягу в час, а то и меньше - одну лошадь на место другой поставил, и готово! Минутное дело!
- Нет, ты перепряги их не теми способами, которые мне угодны, - сказал пассажир, - а всеми способами, какими только можно перепрячь 5 лошадей, считая на перепряжку одну минуту, как ты хвастаешь.
Самолюбие кучера было задето.

- Конечно, всех лошадей и всеми способами я перепрягу не более как за час.

- Я дал бы 100 рублей, чтобы посмотреть, как ты сделаешь это за час! - сказал пассажир.

- А я при всей своей бедности заплачу за ваш проезд в карете, если я этого не сделаю, - ответил кучер.

Так и условились.

Итак, ребята, кучер с пассажиром задали нам задачу: «Сколькими способами можно перепрячь пять лошадей?»

Решают сами. 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 5! = 120 (способов), значит, за один час кучер не успеет справиться с заданием.

Определения:

В природе, да и в обыденной жизни часто приходится иметь дело с явлениями случайными, т.е. с ситуациями, исход которых нельзя точно предвидеть. Вы покупаете лотерейный билет - можете выиграть, а можете и не выиграть; на выборах может победить один кандидат, а может и другой.

Случайным называется событие, которое может произойти, а может и не произойти.

События бывают: равновозможными (равновероятными); маловероятными; более вероятными; достоверными; невозможными.

Определите вид следующих событий:

1. Выпадение «орла» или «решки» при подбрасывании монеты.

2. Зашли в темную комнату, включили свет, загорелась лампочка.

3. Если опрокинуть стакан с водой, вода выльется.

4. В жаркий летний день пошел снег.

Важно знать, можно ли найти закономерности в мире случайного? Можно ли какими-либо способами оценить шансы наступления интересующего нас случайного события? Ответ на эти вопросы дает наука, которая так и называется - теория вероятностей. Это наука о вычислении вероятностей случайных событий.

Практическая часть.

Сейчас мы с вами проведем некоторые испытания.

1-й ряд: ученики подбрасывают по 25 раз спичечный коробок (таб. 2).

2-й ряд: по 25 раз подбрасывают монету (таблица 3). 3-й ряд: по 25 раз - игральный кубик (таблица 4).

Дается формула для подсчета частоты

Частота =Число появления событий/Число экспериментов

Подсчитываем частоту наступления вышеперечисленных событий. На доске заполняется таблица 5.

По частоте события определяют вероятность случайного события. Чем больше испытаний, тем точнее определяется вероятность.

Вероятность события обозначается большой латинской буквой P (от французского probabilite, что в переводе - возможность, вероятность).

Например, P(A) =0,5(вероятность выпадения «орла»).

В XVII в. Эксперименты с монетой проводил француз Жорж Луи де Бюффон, у которого «орел» выпал 2048 раз при 4040 испытаниях.

2048/4040=0,51

В начале XX в. Английский математик Карл Пирсон провел 24000 экспериментов. «Орел» выпал 12012 раз. 12012/24000 0,50 P(A)= 50%.

Прикладное значение.

Вероятностные оценки широко используются в физике, биологии, социологии, в экономике и политике, в спорте и повседневной жизни человека. Если в прогнозе погоды сообщают, что завтра будет дождь с вероятностью 70%, то это значит, что не обязательно будет дождь, но шансы велики и стоит взять зонтик, выходя из дома. Умение оценивать вероятность наступления событий очень полезно, например, при решении вопроса, стоит ли участвовать в лотерее или вступать в игру.

Мини-сценка.

Руслан предлагает сыграть Саше с ним в игру. Каждый по очереди бросает кубик, на противоположных гранях которого написаны числа 1, 2, 3. Если выпадает нечетное число, то 1 очко получает Руслан; если четное - очко Саше. Выигрывает тот, кто первый наберет 30 очков. Бросают несколько раз.

Саша: Эта игра несправедливая, потому что на 4 гранях написаны нечетные числа, а на 2 - четные.

Частота = 4/6 = 2/3; частота =2/6 = 1/3.

- Руслан, у тебя больше шансов, т.к. вероятность больше.

Рассмотрим другой пример из жизни.

У киоска встречаются Оля и Андрей. Ольга выбирает, какую из 3 видов лотереи купить: «Спортлото», «Поле чудес», «Русское лото».
Андрей: Что хочешь купить? Книгу какую-нибудь с задачами?
Оля: Нет, родители разрешили что-нибудь купить. Вот выбираю, билет какой лотереи купить. Возьму «Спортлото».

Андрей: Математик, прежде чем купить билеты той или другой лотереи, подсчитает шансы получить выигрыш. Смотри: 49*48*46*47*45*44=10.068.347.520, т.к. порядок нам не важен, то разделим на 6•120=720 и получим 13.983.816 способов зачеркивания. Это твой шанс.

Оля: Ладно, билеты этой лотереи брать не буду, возьму «Поле чудес». Якубович обещает полный ящик денег, если угадаешь победителя в каждой тройке игроков в играх месяца. Это просто.

Андрей: А ты подсчитай, что в течение месяца проходит 4 передачи, в каждой передаче 3 тройки, да еще 4-я из победителей первых 3. Таким образом, надо угадать победителя в 16 тройках. В каждой тройке, естественно, 3 варианта выбрать победителя, а всего 316 вариантов, а это 43.046.721 вариант. Шанс еще меньше.

Страницы: 1, 2, 3, 4