19.4 Kombinacje
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Do klubu tanecznego uczęszcza 10 dziewcząt i 14 chłopców. Z tej grupy wybieramy ośmioosobową drużynę na zawody. Na ile sposobów możemy wybrać drużynę, w której jest:
a) tyle samo chłopców co dziewcząt
b) trzy razy więcej chłopców niż dziewcząt?
a) Drużynę można wybrać na 210210 sposobów.
b) Drużynę można wybrać na 135135 sposobów.
W klubie jest 10 dziewcząt i 14 chłopców. Wybieramy drużynę 8-osobową.
a) Tyle samo chłopców co dziewcząt.
W drużynie 8-osobowej musi być 4 dziewcząt i 4 chłopców.
Liczba sposobów wyboru 4 dziewcząt z 10:\[\binom{10}{4} = \frac{10!}{4!(10-4)!} = \frac{10!}{4!6!} = \frac{7 \cdot 8 \cdot 9 \cdot 10}{4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1} = 210\]Liczba sposobów wyboru 4 chłopców z 14:\[\binom{14}{4} = \frac{14!}{4!(14-4)!} = \frac{14!}{4!10!} = \frac{11 \cdot 12 \cdot 13 \cdot 14}{4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1} = 1001\]Całkowita liczba sposobów wyboru drużyny:\[\binom{10}{4} \cdot \binom{14}{4} = 210 \cdot 1001 = 210210\]b) Trzy razy więcej chłopców niż dziewcząt.
Niech $d$ oznacza liczbę dziewcząt, a $c$ liczbę chłopców w drużynie. Mamy układ równań:\[\begin{cases} d + c = 8 \\ c = 3d \end{cases}\]Podstawiając drugie równanie do pierwszego:\[d + 3d = 8 \implies 4d = 8 \implies d = 2\]Zatem $c = 3 \cdot 2 = 6$. W drużynie musi być 2 dziewcząt i 6 chłopców.
Liczba sposobów wyboru 2 dziewcząt z 10:\[\binom{10}{2} = \frac{10!}{2!(10-2)!} = \frac{10!}{2!8!} = \frac{9 \cdot 10}{2} = 45\]Liczba sposobów wyboru 6 chłopców z 14:\[\binom{14}{6} = \frac{14!}{6!(14-6)!} = \frac{14!}{6!8!} = \frac{9 \cdot 10 \cdot 11 \cdot 12 \cdot 13 \cdot 14}{6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1} = 3003\]Całkowita liczba sposobów wyboru drużyny:\[\binom{10}{2} \cdot \binom{14}{6} = 45 \cdot 3003 = 135135\]
Zadanie 2 (3 pkt)
Na loterii znajduje się 60 losów, wśród nich jest 15 losów wygrywających. Oblicz, na ile sposobów możemy wyciągnąć cztery losy, wśród których:
a) będą tylko losy wygrywające
b) będą dwa losy wygrywające
c) będzie więcej losów wygrywających niż przegrywających.
a) 1365 sposobów.
b) 103950 sposobów.
c) 21840 sposobów.
W puli jest 60 losów, w tym 15 wygrywających i $60 - 15 = 45$ losów przegrywających. Losujemy 4 losy. Kolejność losowania nie ma znaczenia, więc korzystamy z kombinacji.
a) Mamy wylosować 4 losy wygrywające spośród 15 dostępnych. Liczba sposobów jest równa liczbie kombinacji 4-elementowych ze zbioru 15-elementowego:\[ \binom{15}{4} = \frac{15!}{4!(15-4)!} = \frac{15!}{4!11!} = \frac{12 \cdot 13 \cdot 14 \cdot 15}{4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1} = 1365 \]b) Mamy wylosować 2 losy wygrywające spośród 15 i 2 losy przegrywające spośród 45. Korzystamy z reguły mnożenia:\[ \binom{15}{2} \cdot \binom{45}{2} = \frac{15!}{2!13!} \cdot \frac{45!}{2!43!} = \frac{14 \cdot 15}{2} \cdot \frac{44 \cdot 45}{2} = 105 \cdot 990 = 103950 \]c) Więcej losów wygrywających niż przegrywających w próbce 4 losów oznacza, że możemy mieć dwie sytuacje:
1. Trzy losy wygrywające i jeden przegrywający.
2. Cztery losy wygrywające i zero przegrywających.
Obliczamy liczbę sposobów dla każdej sytuacji i sumujemy wyniki.
Sytuacja 1: Wybieramy 3 losy wygrywające z 15 i 1 los przegrywający z 45.\[ \binom{15}{3} \cdot \binom{45}{1} = \frac{15!}{3!12!} \cdot 45 = \frac{13 \cdot 14 \cdot 15}{3 \cdot 2 \cdot 1} \cdot 45 = 455 \cdot 45 = 20475 \]Sytuacja 2: Wybieramy 4 losy wygrywające z 15. Tę liczbę obliczyliśmy w podpunkcie a) i wynosi ona 1365.
Łączna liczba sposobów:\[ 20475 + 1365 = 21840 \]
Zadanie 3 (3 pkt)
Na loterii znajduje się 25 losów, wśród nich jest 6 losów wygrywających. Oblicz, na ile sposobów możemy wyciągnąć trzy losy, wśród których:
a) będą dwa losy wygrywające
b) będzie co najmniej jeden los wygrywający
c) będzie co najwyżej jeden los wygrywający.
a) 285 sposobów.
b) 1331 sposobów.
c) 1995 sposobów.
Mamy łącznie 25 losów, w tym 6 wygrywających i $25 - 6 = 19$ losów przegrywających. Losujemy 3 losy.
a) Dwa losy wygrywające i jeden przegrywający.
Liczba sposobów wyboru 2 losów wygrywających spośród 6 wynosi $\binom{6}{2}$.
Liczba sposobów wyboru 1 losu przegrywającego spośród 19 wynosi $\binom{19}{1}$.
Całkowita liczba sposobów to iloczyn tych wartości:\[ \binom{6}{2} \cdot \binom{19}{1} = \frac{6!}{2!(6-2)!} \cdot 19 = \frac{6 \cdot 5}{2} \cdot 19 = 15 \cdot 19 = 285 \]b) Co najmniej jeden los wygrywający.
Jest to zdarzenie przeciwne do zdarzenia, w którym nie ma ani jednego losu wygrywającego (czyli wszystkie 3 są przegrywające). Całkowita liczba sposobów wylosowania 3 losów z 25 to $\binom{25}{3}$.
Liczba sposobów wylosowania 3 losów przegrywających spośród 19 to $\binom{19}{3}$.
Liczba sposobów, aby co najmniej jeden los był wygrywający, wynosi:\[ \binom{25}{3} - \binom{19}{3} = \frac{25 \cdot 24 \cdot 23}{3 \cdot 2 \cdot 1} - \frac{19 \cdot 18 \cdot 17}{3 \cdot 2 \cdot 1} \]\[ 2300 - 969 = 1331 \]c) Co najwyżej jeden los wygrywający.
Oznacza to, że nie ma żadnego losu wygrywającego (wszystkie 3 są przegrywające) lub jest dokładnie jeden los wygrywający (i 2 przegrywające).
Liczba sposobów dla 0 losów wygrywających: $\binom{6}{0} \cdot \binom{19}{3} = 1 \cdot 969 = 969$.
Liczba sposobów dla 1 losu wygrywającego: $\binom{6}{1} \cdot \binom{19}{2} = 6 \cdot \frac{19 \cdot 18}{2 \cdot 1} = 6 \cdot 171 = 1026$.
Całkowita liczba sposobów to suma tych możliwości:\[ 969 + 1026 = 1995 \]
Zadanie 4 (4 pkt)
Na ile sposobów gracz może otrzymać 10 kart, wśród których:
a) są 3 trefle
b) jest 4 piki, 3 kiery i 2 kara
c) jest 5 kart czarnych
d) jest co najmniej jeden pik?
a) $\binom{13}{3} \cdot \binom{39}{7}$
b) $\binom{13}{4} \cdot \binom{13}{3} \cdot \binom{13}{2} \cdot \binom{13}{1}$
c) $\left(\binom{26}{5}\right)^2$
d) $\binom{52}{10} - \binom{39}{10}$
Talia kart liczy 52 karty. Gracz otrzymuje 10 kart.
a) Mamy otrzymać dokładnie 3 trefle.
Liczba sposobów wyboru 3 trefli z 13 dostępnych wynosi $\binom{13}{3}$.
Pozostałe $10 - 3 = 7$ kart musi być wybrane spośród kart, które nie są treflami. Jest $52 - 13 = 39$ takich kart. Liczba sposobów ich wyboru wynosi $\binom{39}{7}$.
Zgodnie z regułą mnożenia, całkowita liczba sposobów to:\[ \binom{13}{3} \cdot \binom{39}{7} \]b) Mamy otrzymać 4 piki, 3 kiery i 2 kara.
Liczba sposobów wyboru 4 pików z 13: $\binom{13}{4}$.
Liczba sposobów wyboru 3 kierów z 13: $\binom{13}{3}$.
Liczba sposobów wyboru 2 kar z 13: $\binom{13}{2}$.
Dotychczas wybraliśmy $4 + 3 + 2 = 9$ kart. Pozostała $10 - 9 = 1$ karta musi być treflem.
Liczba sposobów wyboru 1 trefla z 13: $\binom{13}{1}$.
Całkowita liczba sposobów:\[ \binom{13}{4} \cdot \binom{13}{3} \cdot \binom{13}{2} \cdot \binom{13}{1} \]c) Mamy otrzymać 5 kart czarnych.
W talii są 26 karty czarne i 26 kart czerwonych.
Liczba sposobów wyboru 5 kart czarnych z 26: $\binom{26}{5}$.
Pozostałe $10 - 5 = 5$ kart musi być czerwonych. Liczba sposobów wyboru 5 kart czerwonych z 26: $\binom{26}{5}$.
Całkowita liczba sposobów:\[ \binom{26}{5} \cdot \binom{26}{5} = \left(\binom{26}{5}\right)^2 \]d) Mamy otrzymać co najmniej jednego pika.
Zastosujemy metodę zdarzenia przeciwnego. Zdarzeniem przeciwnym jest "nieotrzymanie żadnego pika".
Całkowita liczba sposobów wylosowania 10 kart z 52 to $\binom{52}{10}$.
Liczba sposobów wylosowania 10 kart bez żadnego pika polega na wybraniu 10 kart spośród $52 - 13 = 39$ kart niebędących pikami. Jest to $\binom{39}{10}$ sposobów.
Liczba sposobów otrzymania co najmniej jednego pika wynosi:\[ \binom{52}{10} - \binom{39}{10} \]
Zadanie 5 (4 pkt)
Z talii 52 kart wybieramy 6 kart. Na ile sposobów możemy wybrać:
a) same figury (figury to As, Król, Dama, Walet)
b) dwa króle, dwa walety i jednego asa
c) co najwyżej jednego króla
d) co najmniej dwa asy?
a) 8008
b) 5760
c) 19120728
d) 1237792
Talia 52 kart składa się z 4 kolorów, a w każdym kolorze jest 13 kart. Zgodnie z poleceniem, figurami są asy, króle, damy i walety. W talii jest więc $4 \cdot 4 = 16$ figur oraz $52 - 16 = 36$ pozostałych kart (blotek).
a) Wybieramy 6 kart spośród 16 figur. Liczba sposobów jest równa:\[ \binom{16}{6} = \frac{16!}{6!(16-6)!} = \frac{16 \cdot 15 \cdot 14 \cdot 13 \cdot 12 \cdot 11}{6 \cdot 5 \cdot 4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1} = 8008 \]b) Wybieramy 2 króle z 4, 2 walety z 4 i 1 asa z 4. Do wylosowania pozostaje $6 - 2 - 2 - 1 = 1$ karta. Tę kartę wybieramy spośród kart, które nie są ani królem, ani waletem, ani asem, czyli z $52 - 4 - 4 - 4 = 40$ kart. Liczba sposobów wynosi:\[ \binom{4}{2} \cdot \binom{4}{2} \cdot \binom{4}{1} \cdot \binom{40}{1} = 6 \cdot 6 \cdot 4 \cdot 40 = 5760 \]c) "Co najwyżej jednego króla" oznacza, że możemy wybrać 0 króli lub 1 króla. Sumujemy obie możliwości.
Przypadek 1: 0 króli. Wybieramy 6 kart spośród $52-4=48$ kart, które nie są królami. Liczba sposobów: $\binom{48}{6}$.
Przypadek 2: 1 król. Wybieramy 1 króla z 4 i pozostałe 5 kart spośród 48 kart, które nie są królami. Liczba sposobów: $\binom{4}{1} \cdot \binom{48}{5}$.
Łączna liczba sposobów:\[ \binom{48}{6} + \binom{4}{1}\binom{48}{5} = 12271512 + 4 \cdot 1712304 = 12271512 + 6849216 = 19120728 \]d) "Co najmniej dwa asy" oznacza, że możemy wybrać 2, 3 lub 4 asy. Sumujemy wszystkie możliwości.
Przypadek 1: 2 asy. Wybieramy 2 asy z 4 i 4 karty z 48 nie-asów: $\binom{4}{2} \cdot \binom{48}{4}$.
Przypadek 2: 3 asy. Wybieramy 3 asy z 4 i 3 karty z 48 nie-asów: $\binom{4}{3} \cdot \binom{48}{3}$.
Przypadek 3: 4 asy. Wybieramy 4 asy z 4 i 2 karty z 48 nie-asów: $\binom{4}{4} \cdot \binom{48}{2}$.
Łączna liczba sposobów:\[ \binom{4}{2}\binom{48}{4} + \binom{4}{3}\binom{48}{3} + \binom{4}{4}\binom{48}{2} = 6 \cdot 194580 + 4 \cdot 17296 + 1 \cdot 1128 = 1167480 + 69184 + 1128 = 1237792 \]
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
W kółku teatralnym jest 14 dziewcząt i 10 chłopców. Z tej grupy wybieramy dziewięcioosobową obsadę do przedstawienia. Na ile sposobów można wybrać obsadę, w której jest:
a) o jedną dziewczynę więcej niż chłopców
b) dwa razy więcej dziewcząt niż chłopców?
a) Obsadę można wybrać na 420420 sposobów.
b) Obsadę można wybrać na 360360 sposobów.
Zadanie 2 (3 pkt)
Na loterii znajduje się 40 losów, wśród nich jest 8 losów wygrywających. Oblicz, na ile sposobów możemy wyciągnąć trzy losy, wśród których:
a) będą tylko losy przegrywające
b) będzie jeden los wygrywający
c) będzie co najmniej jeden los wygrywający.
a) 4960 sposobów.
b) 3968 sposobów.
c) 4920 sposobów.
Zadanie 3 (3 pkt)
W urnie znajduje się 40 kul, w tym 8 białych. Losujemy bez zwracania 5 kul. Oblicz, na ile sposobów można wylosować kule tak, aby wśród nich:
a) były dokładnie trzy kule białe
b) była co najmniej jedna kula biała
c) była co najwyżej jedna kula biała.
a) 27776 sposobów.
b) 456632 sposoby.
c) 489056 sposobów.
Zadanie 4 (4 pkt)
Na ile sposobów grający w brydża może otrzymać 13 kart, wśród których:
a) są 4 kiery
b) jest 3 piki, 3 kiery, 3 kara i 4 trefle
c) jest 8 kart czarnych
d) jest co najmniej jedno karo?
a) $\binom{13}{4} \cdot \binom{39}{9}$
b) $\left(\binom{13}{3}\right)^3 \cdot \binom{13}{4}$
c) $\binom{26}{8} \cdot \binom{26}{5}$
d) $\binom{52}{13} - \binom{39}{13}$
Zadanie 5 (4 pkt)
Z talii 52 kart wybieramy 8 kart. Na ile sposobów możemy wybrać:
a) same figury (figury to As, Król, Dama, Walet)
b) trzy damy, dwa króle i dwa asy
c) co najwyżej jednego waleta
d) co najmniej trzy króle?
a) 12870
b) 5760
c) 671855192
d) 7043796
