- •Глава I. Азы комбинаторики
- •§ 1. Основные принципы комбинаторики
- •§ 2. Размещения и перестановки без повторений
- •§ 3. Размещения и перестановки с повторениями
- •§ 4. Подмножества конечных множеств и сочетания
- •§ 5. Сочетания с повторениями
- •§ 6. Принцип включения-исключения
- •§ 7. Примеры решения простейших комбинаторных задач
- •§ 8. Примеры других комбинаторных объектов и сводка некоторых результатов
- •Биномиальные коэффициенты
- •Числа Стирлинга
- •Глава II. Рекуррентные соотношения
- •§ 1. Определение и примеры рекуррентных соотношений
- •Основы метода конечных разностей
- •§ 2. Метод производящих функций для нахождения общего решения линейного однородного рекуррентного соотношения второго порядка
- •Алгоритм нахождения общего решения
- •§ 3. Решение линейных неоднородных рекуррентных соотношений с постоянными коэффициентами и специальной правой частью
- •§ 4. Метод производящих функций для решения общего линейного однородного рекуррентного соотношения с постоянными коэффициентами
- •Алгоритм нахождения общего решения
- •§ 5. Частные решения линейных неоднородных рекуррентных соотношений с постоянными коэффициентами и специальной правой частью
- •§ 6. Некоторые примеры применения производящих функций
§ 2. Размещения и перестановки без повторений
Рассмотрим следующую задачу: сколькими способами можно расставить на книжной полке семь книг из имеющихся пятидесяти ?
Для решения применяется принцип умножения: можно рассматривать процесс расстановки как последовательность семи экспериментов. В первом возможно 50 исходов (первую книгу можно выбрать 50-ю способами), во втором – 49 исходов (первую книгу уже брать нельзя), и т.д., в седьмом – 44 исхода. Таким образом, по принципу умножения получаем 50494847464544 возможных расстановок.
Ещё одна задача: сколькими способами можно выбрать из 20 студентов старосту, его заместителя, редактора стенгазеты и физорга ?
Здесь тоже осуществляется последовательный выбор из группы объектов нескольких. Выбрать председателя можно 20-ю способами, его зама – 19-ю, редактора – 18-ю и физорга – 17-ю. Общее количество способов получаем по принципу умножения 20191817.
Что объединяет эти задачи ? Из некоторого множества A = {a1 , … , an } делается последовательный упорядоченный выбор нескольких k объектов: вначале произвольным образом – первый, потом второй из оставшихся кроме первого, и.т.д. Другими словами, формируется упорядоченный набор попарно различных элементов (b1 ; … ; bk), где b1 , … , bk A. Любой такой набор попарно различных элементов (b1 ; … ; bk) множества A длины k называется размещением без повторений n элементов по k местам.
Поэтому имеет смысл решить более общую задачу: каково количество размещений без повторений n элементов по k местам ?
Если
(читается
“А
из n
по k”)
– количество таких размещений, то
легко понять, что после выбора первого
элемента, осуществимого n
способами
в размещении (b1
; b2
; … ; bk)
остаётся незаполненным “хвост” (b2
; … ; bk),
представляющий собой размещение без
повторений из элементов множества A
\ {b1}
по k–1
местам. Количество способов заполнить
этот “хвост” равно
.
Таким образом, получается рекуррентная
формула
,
причём, очевидно, что
.
Поэтому
Примеры:
1. Если A
= {1, 2, 3}, то
все размещения трёх элементов по двум
местам таковы: (1;
2), (1; 3), (2; 1), (2; 3), (3; 1), (3; 2) – всего
6 штук,
т.е.
= 6.
2. Если A = {1, 2, 3, 4}, то все размещения четырёх элементов по трём местам таковы:
(1; 2; 3), (1; 2; 4), (1; 3; 2), (1; 3; 4), (1; 4; 2), (1; 4; 3),
(2; 1; 3), (2; 1; 4), (2; 3; 1), (2; 3; 4), (2; 4; 1), (2; 4; 3),
(3; 1; 2), (3; 1; 4), (3; 2; 1), (3; 2; 4), (3; 4; 1), (3; 4; 2),
(4; 1; 2), (4; 1; 3), (4; 2; 1), (4; 2; 3), (4; 3; 1), (4; 3; 2).
Значит,
= 24.
Следует
помнить, что значение
определено только при k
n.
Для k
> n
размещений
без повторений n
объектов по
k
местам не
существует.
Если
A
= {a1
, … , an
} – конечное
множество из n
элементов,
то перестановкой
объектов a1
, … , an
называется
произвольное их размещение на n
местах, т.е.
любой упорядоченный набор
с попарно различными элементами.
Количество всех размещений n
объектов
по k
местам
обозначается через Pn
.
Поскольку
перестановки являются частными случаями
размещений, то формула для подсчёта
общего количества верна и в этом случае.
Поэтому
.
Примеры: 1. Сколькими способами можно расставить 7 книг на книжной полке ?
Количество способов P7 = 7 ! = 5040.
2. Сколько слов можно получить всевозможными перестановками букв из слова “КОЛУН” ?
Ясно, что всего перестановок букв будет 5 ! = 120. Каждая перестановка даёт уникальное слово, т.к. одинаковых букв в слове нет.
