5. 有甲、乙、丙、丁、戊 5 名同学站成一排参加文艺汇演,若甲不站在两端,丙和丁相邻,则不同排列方式共有 ( )
【解析详解】
本题包含两个特殊限制:“丙和丁相邻”和“甲不站在两端”。采用捆绑法与插空法结合求解:
第一步:处理相邻限制(捆绑法)
因为丙、丁必须相邻,先将丙和丁捆绑在一起看作一个整体。丙丁内部有前后顺序,排列数为:
第二步:排列无特殊限制的元素
此时剩下乙、戊以及“(丙丁)”整体,共 3 个大元素。将这 3 个元素排成一列,排列数为:
第三步:安排受限元素甲(插空法)
3 个元素排好后,共有 4 个空位:\( \underline{\quad} \text{元素}_1 \underline{\quad} \text{元素}_2 \underline{\quad} \text{元素}_3 \underline{\quad} \)。
其中左右两个最外侧的空位是“排头”和“排尾”,甲不能站两端,因此甲只能插入中间的 2 个空位中,选法有:
第四步:分步乘法原理汇总
故选 B。
• 误选 A: 忘记丙丁内部可以调换顺序,漏乘了 \( \text{A}_2^2 = 2 \),算成 12。
• 误选 D: 把甲的插空算成了所有 4 个空位,导致甲站到了两端,算成 48。
相邻与不相邻复合排列计数模型:先捆绑、再全排、后插空。两端受限用中间插空法最省心,杜绝容斥原理的重复与遗漏。
捆绑内部全排列 \( \text{A}_2^2 \) 极易遗漏!插空时必须严格排除两端两个“禁区空位”。
正难则反极速验算:丙丁相邻且总排法为 \( \text{A}_2^2 \times \text{A}_4^4 = 2 \times 24 = 48 \)。减去甲在左端的排法(甲固定左端,丙丁捆绑与乙戊排 \( 2 \times \text{A}_3^3 = 12 \))和甲在右端的排法 12:\( 48 - 12 - 12 = 24 \),对立事件反向验证秒杀!
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