19.3 Permutacje
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Zapisz wyrażenia w prostszej postaci:
a) $11 \cdot 10 \cdot 9!$
b) $(k-1)! \cdot k \cdot (k+1)$
c) $\frac{9!}{6!}$
d) $\frac{10!}{9!}$
e) $\frac{(n+1)!}{(n-1)!}$
f) $\frac{(k+5)!}{(k+5)(k+4)(k+3)}$
a) $11!$
b) $(k+1)!$
c) $504$
d) $10$
e) $n(n+1)$
f) $(k+2)!$
a) Korzystając z definicji silni $m! = (m-1)! \cdot m$, możemy zapisać:\[11 \cdot 10 \cdot 9! = 11 \cdot 10! = 11!\]b) Korzystając z definicji silni:\[(k-1)! \cdot k \cdot (k+1) = k! \cdot (k+1) = (k+1)!\]c) Rozpisujemy silnię w liczniku:\[\frac{9!}{6!} = \frac{9 \cdot 8 \cdot 7 \cdot 6!}{6!} = 9 \cdot 8 \cdot 7 = 504\]d) Rozpisujemy silnię w liczniku:\[\frac{10!}{9!} = \frac{10 \cdot 9!}{9!} = 10\]e) Rozpisujemy silnię w liczniku (zakładając $n \ge 1$):\[\frac{(n+1)!}{(n-1)!} = \frac{(n+1) \cdot n \cdot (n-1)!}{(n-1)!} = (n+1)n = n^2 + n\]f) Rozpisujemy silnię w liczniku (zakładając $k \ge -2$):\[\frac{(k+5)!}{(k+5)(k+4)(k+3)} = \frac{(k+5)(k+4)(k+3)(k+2)!}{(k+5)(k+4)(k+3)} = (k+2)!\]
Zadanie 2 (1 pkt)
Oblicz:
a) $4! + 5!$
b) $7! - 5!$
c) $3! \cdot 2! \cdot 5!$
d) $9! : 7!$
a) $144$
b) $4920$
c) $1440$
d) $72$
Symbol $n!$ (czyt. $n$ silnia) oznacza iloczyn kolejnych liczb naturalnych od $1$ do $n$. Zatem:\[n! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot \dots \cdot n\]a) Obliczamy wartości poszczególnych silni, a następnie dodajemy wyniki.\[4! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 = 24\]\[5! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 = 120\]\[4! + 5! = 24 + 120 = 144\]b) Obliczamy wartości poszczególnych silni, a następnie odejmujemy wyniki.\[7! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 \cdot 6 \cdot 7 = 5040\]\[5! = 120\]\[7! - 5! = 5040 - 120 = 4920\]c) Obliczamy wartości poszczególnych silni, a następnie mnożymy wyniki.\[3! = 1 \cdot 2 \cdot 3 = 6\]\[2! = 1 \cdot 2 = 2\]\[5! = 120\]\[3! \cdot 2! \cdot 5! = 6 \cdot 2 \cdot 120 = 12 \cdot 120 = 1440\]d) Aby uprościć obliczenia, rozpisujemy $9!$ tak, aby zawierało $7!$.\[9! = 9 \cdot 8 \cdot 7 \cdot 6 \cdot \dots \cdot 1 = (9 \cdot 8) \cdot (7 \cdot 6 \cdot \dots \cdot 1) = 9 \cdot 8 \cdot 7!\]Następnie wykonujemy dzielenie:\[9! : 7! = \frac{9!}{7!} = \frac{9 \cdot 8 \cdot 7!}{7!} = 9 \cdot 8 = 72\]
Zadanie 3 (2 pkt)
Ile jest różnych liczb sześciocyfrowych utworzonych z cyfr należących do zbioru {1, 2, 3, 4, 5, 6}, jeśli:
a) cyfry w liczbie się nie powtarzają
b) cyfry w liczbie się nie powtarzają, a piątka jest trzecią cyfrą tej liczby?
a) $720$
b) $120$
a) Mamy do dyspozycji zbiór $6$ cyfr {1, 2, 3, 4, 5, 6} i tworzymy z nich liczby sześciocyfrowe, w których cyfry się nie powtarzają. Oznacza to, że musimy wykorzystać wszystkie dostępne cyfry. Liczba takich liczb jest równa liczbie permutacji zbioru $6$-elementowego.\[P_6 = 6! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 \cdot 6 = 720\]Zgodnie z regułą mnożenia:\[6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 720\]Jest $720$ takich liczb.
b) Cyfry w liczbie się nie powtarzają, a cyfra $5$ jest na trzecim miejscu. Mamy $6$ miejsc do obsadzenia. Na trzecim miejscu jest cyfra $5$, więc to miejsce jest już zajęte. Pozostało nam $5$ cyfr ze zbioru \{1, 2, 3, 4, 6\} do rozmieszczenia na $5$ pozostałych miejscach. Liczba sposobów, na jakie możemy to zrobić, jest równa liczbie permutacji zbioru $5$-elementowego.\[P_5 = 5! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 = 120\]Zgodnie z regułą mnożenia:\[5 \cdot 4 \cdot 1 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 120\]Jest $120$ takich liczb.
Zadanie 4 (3 pkt)
Ile jest różnych liczb siedmiocyfrowych nieparzystych, utworzonych z cyfr należących do zbioru $\{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7\}$, jeśli:
a) cyfry w liczbie się nie powtarzają
b) cyfry w liczbie się nie powtarzają, a cyfra setek jest parzysta?
a) $2880$
b) $1440$
Mamy do dyspozycji zbiór cyfr $Z = \{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7\}$. Tworzymy liczby siedmiocyfrowe o niepowtarzających się cyfrach, co oznacza, że wykorzystujemy wszystkie dostępne cyfry.
a) Liczba ma być nieparzysta, więc na ostatnim miejscu (cyfra jedności) musi stać cyfra nieparzysta. W zbiorze $Z$ mamy cztery cyfry nieparzyste: $\{1, 3, 5, 7\}$.
Liczbę miejsc do obsadzenia mamy 7.
1. Wybieramy cyfrę jedności: mamy 4 możliwości (1, 3, 5 lub 7).
2. Pozostałe 6 cyfr możemy rozmieścić na 6 pozostałych miejscach na $6!$ sposobów.
Liczba permutacji 6-elementowego zbioru wynosi:\[6! = 6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 720\]Zatem, łączna liczba możliwych do utworzenia liczb nieparzystych wynosi:\[4 \cdot 6! = 4 \cdot 720 = 2880\]b) Liczba ma być nieparzysta, a cyfra setek ma być parzysta. Cyfry nie mogą się powtarzać.
W zbiorze $Z$ mamy cztery cyfry nieparzyste $\{1, 3, 5, 7\}$ i trzy cyfry parzyste $\{2, 4, 6\}$.
Rozpatrujemy dwa kluczowe miejsca: cyfrę jedności i cyfrę setek.
1. Wybieramy cyfrę jedności (musi być nieparzysta): mamy 4 możliwości.
2. Wybieramy cyfrę setek (musi być parzysta): mamy 3 możliwości.
Ponieważ zbiory cyfr parzystych i nieparzystych są rozłączne, wybór jednej cyfry nie wpływa na liczbę możliwości wyboru drugiej. Mamy zatem $4 \cdot 3 = 12$ sposobów na obsadzenie tych dwóch miejsc.
Po wybraniu tych dwóch cyfr, pozostają nam $7 - 2 = 5$ cyfr. Możemy je rozmieścić na pozostałych 5 miejscach na $5!$ sposobów.
Liczba permutacji 5-elementowego zbioru wynosi:\[5! = 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 120\]Zatem, łączna liczba możliwych do utworzenia liczb spełniających warunki wynosi:\[(4 \cdot 3) \cdot 5! = 12 \cdot 120 = 1440\]
Zadanie 5 (3 pkt)
W zespole tanecznym jest $7$ dziewczynek i $7$ chłopców. Tworzymy pary do tańca (dziewczynka, chłopiec). Na ile sposobów można utworzyć:
a) jedną parę taneczną
b) siedem par tanecznych?
a) $49$ sposobów.
b) $5040$ sposobów.
a) Aby utworzyć jedną parę taneczną, musimy wybrać jedną dziewczynkę i jednego chłopca.
Liczba sposobów wyboru jednej dziewczynki z $7$ wynosi $7$.
Liczba sposobów wyboru jednego chłopca z $7$ wynosi $7$.
Zgodnie z regułą mnożenia, całkowita liczba sposobów utworzenia jednej pary to:\[7 \cdot 7 = 49\]b) Aby utworzyć siedem par tanecznych, musimy połączyć w pary wszystkie dziewczynki ze wszystkimi chłopcami.
Ustawmy dziewczynki w dowolnej kolejności. Pierwsza dziewczynka może wybrać partnera na $7$ sposobów. Druga dziewczynka ma do wyboru jednego z pozostałych $6$ chłopców, i tak dalej, aż dla ostatniej dziewczynki pozostanie jeden chłopiec.
Liczba sposobów jest równa liczbie permutacji zbioru $7$-elementowego:\[7! = 7 \cdot 6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1 = 5040\]
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Zapisz wyrażenia w prostszej postaci:
a) $13 \cdot 12 \cdot 11 \cdot 10!$
b) $(m-2)! (m-1) m$
c) $\frac{10!}{7!}$
d) $\frac{15!}{14!}$
e) $\frac{k!}{(k-3)!}$
f) $\frac{(m+1)!}{m+1}$
a) $13!$
b) $m!$
c) $720$
d) $15$
e) $k(k-1)(k-2)$
f) $m!$
Zadanie 2 (1 pkt)
Oblicz:
a) $2! + 5!$
b) $8! - 6!$
c) $4! \cdot 1! \cdot 3!$
d) $11! : 9!$
a) $122$
b) $39600$
c) $144$
d) $110$
Zadanie 3 (2 pkt)
Ile jest różnych liczb ośmiocyfrowych utworzonych z cyfr należących do zbioru $\{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8\}$, jeśli:
a) cyfry w liczbie się nie powtarzają
b) cyfry w liczbie się nie powtarzają, a dwójka jest pierwszą cyfrą tej liczby?
a) $40320$
b) $5040$
Zadanie 4 (3 pkt)
Ile jest różnych liczb pięciocyfrowych parzystych, utworzonych z cyfr należących do zbioru $\{1, 2, 3, 4, 5\}$, jeśli:
a) cyfry w liczbie się nie powtarzają
b) cyfry w liczbie się nie powtarzają, a cyfra tysięcy jest nieparzysta?
a) $48$
b) $36$
Zadanie 5 (3 pkt)
W zespole tanecznym są $4$ dziewczynki i $4$ chłopców. Tworzymy pary do tańca (dziewczynka, chłopiec). Na ile sposobów można utworzyć:
a) jedną parę taneczną
b) cztery pary taneczne?
a) $16$ sposobów.
b) $24$ sposoby.
