Основные правила комбинаторики.

Правило сложения

Пример 1. Пусть в первой урне содержится шаров, во второй - ,а в третьей - .Все шары полагаем различными между собой, например, пронумерованными. Сколькими различными способами можно вытащить один шар из произвольной урны? Очевидно, число способов равно .

Пример 2. Из пункта А в пункт В можно добраться самолетом, поездом и автобусом, причем между этими пунктами существуют 2 авиамаршрута, 1 железнодорожный и 3 автобусных. Следовательно, общее число маршрутов между пунктами А и В равно 2 + 1 + 3 = 6.

Обобщая изложенное, можно сформулировать правило сложения.

Если выбор каждого из объектовможно выполнить способами, причем никакие способы выбора каждого из объектов не совпадают со способами выбора любого другого объекта, то выбор «или , или, …, или» можно произвестиспособами.

Правило умножения

Пример 1. Пусть в урне различных между собой шаров. Сколькими способами можно двумя взятыми из урны шарами заполнить две ячейки, в каждую из которых помещается ровно один шар? Очевидно, первую ячейку можно заполнитьспособами. После заполнения первой ячейки в урне останетсяшар. Следовательно, вторую ячейку можно заполнитьспособом. Заметим, что с каждым изспособов заполнения первой ячейки может совпасть любой изспособов заполнения второй. Поэтому общее число способов заполнения двух ячеек равно.

Пример 2. Между пунктами А и В имеется 6 различных маршрутов, а между пунктами В и С – 4 маршрута. Каким числом различных маршрутов можно проехать из А через В в С? Искомое число маршрутов равно , так как, приехав из А в В одним из 6-ти маршрутов, можно выбрать для проезда из В в С любой из 4-х маршрутов.

Запишем теперь правило умножения в общем виде.

Последовательный выбор объектовможет быть выполненспособами, если принятая очередность выбора позволяет каждый объектвыбратьспособами.

Выборки

Пусть имеется множество, состоящее из различных элементов, которое назовемгенеральной совокупностью. Произвольное упорядоченное подмножество из элементов, входящих в генеральную совокупность, назовемвыборкой объемом . Наглядно выборку объемомможно представить как результатпоследовательных случайных извлечений (выбора) элементов из урны, содержащей все элементы генеральной совокупности. Выбор может выполняться с возвращением и без возвращения. При выборе с возвращением извлеченный элемент после обследования вновь возвращается в генеральную совокупность, и поэтому один и тот же элемент может быть выбран несколько раз. В случае выбора без возвращения однажды выбранный элемент удаляется из генеральной совокупности, так что выборка не содержит повторяющихся элементов. Очевидно, что при выборе с возвращением объем выборки никак не связан с объемом генеральной совокупности, а при выборе без возвращения всегда.

Выборки без возвращения

Выборка без возвращения объема из генеральной совокупности, содержащейэлементов, называетсяразмещением из по. Размещения изпоотличаются друг от друга или составом элементов, или порядком их расположения. Для определения числаразмещений изэлементов поучтем, что первый элемент выборки может быть взятразличными способами, второй -способом, …., а– й элемент -способами. Отсюда, используя правило умножения, получим

(1)

В частном случае, когда , все выборки без возвращения имеют одинаковый состав и отличаются лишь порядком расположения элементов. Такие выборки называютсяперестановками.

Число перестановок изэлементов найдем, подставив в (1).

Тогда (2)

Отличающиеся только составом элементов выборки без возвращения объема из генеральной совокупности, содержащейэлементов, называютсясочета-

ниями из по. Определим числосочетаний изэлементов по. Очевидно, что выборку без возвращения объема, имеющую фиксированный состав элементов, можно упорядочитьспособами. Следовательно,больше

в раз. Отсюда

. (3)

При решении вероятностных задач часто используются следующие формулы:

, (4)

, (5)

, (6)

. (7)

В справедливости формул (4)и (5) нетрудно убедиться, подставив в них выражение (3). Равенства (6) и (7) следуют из формулы бинома Ньютона:

. (8)

Для получения равенства (6) необходимо в (8) подставить . Равенство (7) вытекает из (8) при.