写在前面
在排列组合问题的解决中,最重要的就是做到不重不漏地列举每一种情况,并利用分类加法计数原理和分步乘法计数原理进行计算。然而,在方案复杂、情况较多时,列举很难做到不重不漏,而推导与检验又会花费大量的时间。这就需要我们找到更好的处理方法,从问题本身下手,综合运用数列递推等知识点,方能觅得别样风景。
本文将以华南师大附中2024届高三第一周周测的排列组合压轴小题(该题即使在重点班及超重点班得分率也极低,并且互联网上部分解释也有误)为例,探讨通过递推关系解决排列组合方案数量问题的方法。
题目
(华南师大附中第一周周测T16)有8个不同的小球从左到右排成一排,从中拿出至少一个球且不能同时拿出相邻的两个球的方案数量是_____.
标准解答
学校给出的标准解答是列举四种情况用反向插板法解答,而实际考试中考生大多用列举法解答,所费时间较长且容易产生遗漏(某公众号怎么列举都出现遗漏列举出53种)。

构建递推关系
事实上,对于这个题,我们只需要通过分析“每增加一个小球所增加的引发的方案数量的变化”,就可以用递推方法快速解出。
设有n个小球时,依题意的方案数量为 a_n,则显然a_1=1,a_2=2。
当向右侧新增一个小球时,设此时方案数量为a_{n+1},若选择新增的小球,则新增前最右侧的小球必然不能被选择,方案数量为原先不选择新增前最右侧的小球(即在第1n-1个小球中选择的方案数量)加上仅选择新增小球的方案,为a_{n-1}+1
若不选择新增的小球,则方案数和 a_n相等,故有 a_{n+1}=a_{n-1}+a_n+1,通过快速列表计算可得 a_8=54,就解决了本题。
一点更深层次的观察
事实上,通过观察递推方程的形式,容易得到 a_{n+1}+1=a_{n-1}+1+a_n+1 ,得到 \left\{ a_n+1 \right\} 是斐波那契数列。
对齐首项后,可以得到我们目标数列中的第n项就是斐波那契数列中的第n-2项减去1。
我们通过反向插板的过程分析,也可以得到这个递推:当n 为奇数时,最多取出\frac{n+1}2 个小球,则此时的方案数 a_n=C_{n}^{1}+C_{n-1}^{2}+...+C_{\frac{n+1}2}^{\frac{n+1}2},当n 为偶数时,最多取出 \frac{n}2+1个小球,则此时的方案数a_n=C_{n}^{1}+C_{n-1}^{2}+...+C_{\frac n2 +1}^{\frac n2} ,由组合数公式C_{m}^{n}+C_{m}^{n+1}=C_{m+1}^{n+1} 也可以得到a_{n+1}=a_{n-1}+a_n+1。
写在最后
在方案选择问题的解决中,若能考虑方案本身递推解决,能大大降低犯错的概率,也能节省大量的时间。
这个是2023年高二四校联考的题,可以用类似方法做出,留作练习。
若数集S 的子集满足:至少含有2个元素,且任意两个元素之差的绝对值大于1,则称该子集为数集 S 的超子集。已知集合A_n=\left\{ 1,2,3,...,n \right\}(n\in N^*,n\geq3),记 A_n的超子集的个数为a_n ,则 a_9=______.
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