19.4 Kombinacje
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (6 pkt)
Oblicz:
a) $\binom{7}{3}$
b) $3 \cdot \binom{6}{4}$
c) $\binom{9}{2} - \binom{6}{3}$
d) $\binom{11}{10} \cdot \binom{8}{8}$
e) $\binom{7}{4} \cdot 2!$
f) $\binom{8}{3} - 5!$
a) $35$
b) $45$
c) $16$
d) $11$
e) $70$
f) $-64$
Korzystamy ze wzoru na symbol Newtona: $\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!}$ oraz definicji silni: $n! = 1 \cdot 2 \cdot ... \cdot n$.
a) Obliczamy $\binom{7}{3}$.\[
\binom{7}{3} = \frac{7!}{3!(7-3)!} = \frac{7!}{3! \cdot 4!} = \frac{4! \cdot 5 \cdot 6 \cdot 7}{3! \cdot 4!} = \frac{5 \cdot 6 \cdot 7}{6} = 35
\]b) Obliczamy $3 \cdot \binom{6}{4}$.
Korzystamy z własności $\binom{n}{k} = \binom{n}{n-k}$, więc $\binom{6}{4} = \binom{6}{2}$.\[
\binom{6}{2} = \frac{6!}{2!(6-2)!} = \frac{6!}{2! \cdot 4!} = \frac{4! \cdot 5 \cdot 6}{2 \cdot 4!} = \frac{30}{2} = 15
\]Zatem:\[
3 \cdot \binom{6}{4} = 3 \cdot 15 = 45
\]c) Obliczamy $\binom{9}{2} - \binom{6}{3}$.
Najpierw poszczególne symbole Newtona:\[
\binom{9}{2} = \frac{9!}{2!(9-2)!} = \frac{9!}{2! \cdot 7!} = \frac{7! \cdot 8 \cdot 9}{2 \cdot 7!} = \frac{72}{2} = 36
\]\[
\binom{6}{3} = \frac{6!}{3!(6-3)!} = \frac{6!}{3! \cdot 3!} = \frac{3! \cdot 4 \cdot 5 \cdot 6}{3! \cdot 3!} = \frac{120}{6} = 20
\]Ostatecznie:\[
\binom{9}{2} - \binom{6}{3} = 36 - 20 = 16
\]d) Obliczamy $\binom{11}{10} \cdot \binom{8}{8}$.
Korzystamy z własności $\binom{n}{n-1} = n$ oraz $\binom{n}{n} = 1$.\[
\binom{11}{10} = 11
\]\[
\binom{8}{8} = 1
\]Zatem:\[
\binom{11}{10} \cdot \binom{8}{8} = 11 \cdot 1 = 11
\]e) Obliczamy $\binom{7}{4} \cdot 2!$.\[
\binom{7}{4} = \binom{7}{3} = \frac{7!}{3!(7-3)!} = \frac{7!}{3! \cdot 4!} = \frac{4! \cdot 5 \cdot 6 \cdot 7}{3! \cdot 4!} = \frac{210}{6} = 35
\]\[
2! = 1 \cdot 2 = 2
\]Zatem:\[
\binom{7}{4} \cdot 2! = 35 \cdot 2 = 70
\]f) Obliczamy $\binom{8}{3} - 5!$.\[
\binom{8}{3} = \frac{8!}{3!(8-3)!} = \frac{8!}{3! \cdot 5!} = \frac{5! \cdot 6 \cdot 7 \cdot 8}{3! \cdot 5!} = \frac{336}{6} = 56
\]\[
5! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 = 120
\]Zatem:\[
\binom{8}{3} - 5! = 56 - 120 = -64
\]
Zadanie 2 (3 pkt)
Zbiór $Y$ ma 12 elementów. Oblicz, ile istnieje podzbiorów zbioru $Y$:
a) dwuelementowych,
b) czteroelementowych,
c) dziesięcioelementowych.
a) 66
b) 495
c) 66
Liczbę $k$-elementowych podzbiorów zbioru $n$-elementowego obliczamy za pomocą symbolu Newtona:\[
\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!}
\]W tym zadaniu zbiór $Y$ ma $n=12$ elementów.
a) Liczba podzbiorów dwuelementowych ($k=2$):\[
\binom{12}{2} = \frac{12!}{2!(12-2)!} = \frac{12!}{2!10!} = \frac{11 \cdot 12}{2 \cdot 1} = 66
\]b) Liczba podzbiorów czteroelementowych ($k=4$):\[
\binom{12}{4} = \frac{12!}{4!(12-4)!} = \frac{12!}{4!8!} = \frac{9 \cdot 10 \cdot 11 \cdot 12}{4 \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1} = 495
\]c) Liczba podzbiorów dziesięcioelementowych ($k=10$):\[
\binom{12}{10} = \frac{12!}{10!(12-10)!} = \frac{12!}{10!2!} = \frac{11 \cdot 12}{2 \cdot 1} = 66
\]Można tu skorzystać z własności $\binom{n}{k} = \binom{n}{n-k}$, co oznacza, że $\binom{12}{10} = \binom{12}{2}$.
Zadanie 3 (2 pkt)
Na płaszczyźnie danych jest 9 punktów, z których dowolne trzy nie są współliniowe.
a) Ile różnych odcinków można otrzymać, których końcami są te punkty?
b) Ile można otrzymać różnych trójkątów, których wierzchołkami są te punkty?
a) Można otrzymać 36 różnych odcinków.
b) Można otrzymać 84 różne trójkąty.
a) Wybór dwóch punktów z dziewięciu w celu utworzenia odcinka jest kombinacją bez powtórzeń. Liczba możliwych odcinków jest równa liczbie 2-elementowych kombinacji ze zbioru 9-elementowego.\[ C_9^2 = \binom{9}{2} = \frac{9!}{2!(9-2)!} = \frac{9!}{2!7!} = \frac{7! \cdot 8 \cdot 9}{2 \cdot 7!} = \frac{72}{2} = 36 \]Można otrzymać 36 różnych odcinków.
b) Wybór trzech punktów z dziewięciu w celu utworzenia trójkąta jest kombinacją bez powtórzeń. Zgodnie z założeniem, żadne trzy punkty nie są współliniowe, więc każdy wybór tworzy trójkąt. Liczba możliwych trójkątów jest równa liczbie 3-elementowych kombinacji ze zbioru 9-elementowego.\[ C_9^3 = \binom{9}{3} = \frac{9!}{3!(9-3)!} = \frac{9!}{3!6!} = \frac{6! \cdot 7 \cdot 8 \cdot 9}{6 \cdot 6!} = 7 \cdot 4 \cdot 3 = 84 \]Można otrzymać 84 różne trójkąty.
Zadanie 4 (3 pkt)
Na spotkaniu klasowym było $15$ osób i każda osoba uścisnęła dłoń każdej innej osobie. Ile było uścisków dłoni?
Było $105$ uścisków dłoni.
Liczba osób na spotkaniu wynosi $n=15$. Każdy uścisk dłoni to wybór dwóch osób z grupy $15$ osób, przy czym kolejność nie ma znaczenia. Jest to problem obliczenia liczby dwuelementowych kombinacji ze zbioru $15$-elementowego.
Korzystamy ze wzoru na kombinacje:\[C_n^k = \binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!}\]W naszym przypadku $n=15$ i $k=2$. Podstawiamy wartości do wzoru:\[\binom{15}{2} = \frac{15!}{2!(15-2)!} = \frac{15!}{2! \cdot 13!}\]Rozpisujemy silnie:\[\frac{15!}{2! \cdot 13!} = \frac{13! \cdot 14 \cdot 15}{2 \cdot 1 \cdot 13!} = \frac{14 \cdot 15}{2}\]Obliczamy wynik:\[\frac{210}{2} = 105\]
Zadanie 5 (4 pkt)
W grupie znajduje się $12$ kobiet i $15$ mężczyzn. Oblicz, na ile sposobów możemy wybrać z tej grupy pięć osób, jeśli wśród tych osób:
a) mają być tylko kobiety
b) mają być trzy kobiety
c) ma być co najmniej jeden mężczyzna
d) ma być co najwyżej jedna kobieta.
a) $792$ sposoby.
b) $23100$ sposobów.
c) $79938$ sposobów.
d) $19383$ sposoby.
W grupie jest łącznie $12 + 15 = 27$ osób. Wybieramy delegację 5-osobową. Kolejność wyboru nie ma znaczenia, więc korzystamy z kombinacji.
a) Wybieramy $5$ kobiet spośród $12$. Liczba sposobów to:\[ \binom{12}{5} = \frac{12!}{5! \cdot (12-5)!} = \frac{12!}{5! \cdot 7!} = \frac{8 \cdot 9 \cdot 10 \cdot 11 \cdot 12}{1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5} = 792 \]b) Wybieramy $3$ kobiety spośród $12$ oraz $2$ mężczyzn spośród $15$. Zgodnie z regułą mnożenia, liczba sposobów wynosi:\[ \binom{12}{3} \cdot \binom{15}{2} = \frac{12!}{3! \cdot 9!} \cdot \frac{15!}{2! \cdot 13!} = \frac{10 \cdot 11 \cdot 12}{6} \cdot \frac{14 \cdot 15}{2} = 220 \cdot 105 = 23100 \]c) "Co najmniej jeden mężczyzna" to zdarzenie przeciwne do "żadnego mężczyzny" (czyli samych kobiet). Liczbę wszystkich możliwych delegacji 5-osobowych z $27$ osób pomniejszamy o liczbę delegacji składających się z samych kobiet (obliczoną w podpunkcie a).
Liczba wszystkich możliwych delegacji:\[ \binom{27}{5} = \frac{27!}{5! \cdot 22!} = \frac{23 \cdot 24 \cdot 25 \cdot 26 \cdot 27}{1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5} = 80730 \]Liczba sposobów z co najmniej jednym mężczyzną:\[ \binom{27}{5} - \binom{12}{5} = 80730 - 792 = 79938 \]d) "Co najwyżej jedna kobieta" oznacza, że w grupie może być $0$ kobiet lub $1$ kobieta. Sumujemy liczbę sposobów dla obu przypadków:
- $0$ kobiet i $5$ mężczyzn: $\binom{12}{0} \cdot \binom{15}{5}$
- $1$ kobieta i $4$ mężczyzn: $\binom{12}{1} \cdot \binom{15}{4}$\[ \binom{12}{0} \cdot \binom{15}{5} + \binom{12}{1} \cdot \binom{15}{4} = 1 \cdot \frac{15!}{5! \cdot 10!} + 12 \cdot \frac{15!}{4! \cdot 11!} =\]\[ = \frac{11 \cdot 12 \cdot 13 \cdot 14 \cdot 15}{120} + 12 \cdot \frac{12 \cdot 13 \cdot 14 \cdot 15}{24}=\]\[= 3003 + 12 \cdot 1365 = 3003 + 16380 = 19383 \]
Grupa B
Zadanie 1 (6 pkt)
Oblicz:
a) $\binom{8}{4}$
b) $4 \cdot \binom{5}{2}$
c) $\binom{10}{3} - \binom{7}{2}$
d) $\binom{12}{1} \cdot \binom{6}{0}$
e) $\binom{9}{6} \cdot 3!$
f) $\binom{10}{4} - 6!$
a) $70$
b) $40$
c) $99$
d) $12$
e) $504$
f) $-510$
Zadanie 2 (3 pkt)
Zbiór $Z$ ma 9 elementów. Oblicz, ile istnieje podzbiorów zbioru $Z$:
a) czteroelementowych,
b) pięcioelementowych,
c) siedmioelementowych.
a) 126
b) 126
c) 36.
Zadanie 3 (2 pkt)
Na płaszczyźnie danych jest 10 punktów, z których dowolne trzy nie są współliniowe.
a) Ile różnych odcinków można otrzymać, których końcami są te punkty?
b) Ile można otrzymać różnych trójkątów, których wierzchołkami są te punkty?
a) Można otrzymać 45 różnych odcinków.
b) Można otrzymać 120 różnych trójkątów.
Zadanie 4 (3 pkt)
W turnieju szachowym wzięło udział $25$ zawodników. Każdy zawodnik rozegrał jedną partię z każdym innym zawodnikiem. Ile partii szachów rozegrano w całym turnieju?
Rozegrano $300$ partii szachów.
Zadanie 5 (4 pkt)
W grupie znajduje się $10$ kobiet i $10$ mężczyzn. Oblicz, na ile sposobów możemy wybrać z tej grupy trzy osoby, jeśli wśród tych osób:
a) mają być tylko mężczyźni
b) ma być jedna kobieta
c) ma być co najmniej jedna kobieta
d) ma być co najwyżej jeden mężczyzna.
a) $120$ sposobów.
b) $450$ sposobów.
c) $1020$ sposobów.
d) $570$ sposobów.
