19.3 Permutacje
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Pięcioro przyjaciół: Ania, Bartek, Celina, Damian i Ewa, wybiera się do teatru. Mają zająć pięć kolejnych miejsc w jednym rzędzie.
a) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca?
b) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca tak, aby Ania i Bartek siedzieli obok siebie?
a) $120$ sposobów.
b) $48$ sposobów.
a) Mamy $5$ osób, które mają zająć $5$ różnych miejsc. Liczba sposobów, na jakie mogą to zrobić, jest równa liczbie permutacji zbioru $5$-elementowego, czyli $5!$.\[5! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 = 120\]Zatem jest $120$ sposobów na zajęcie miejsc.
b) Aby Ania i Bartek siedzieli obok siebie, traktujemy ich jako jeden "blok". Teraz mamy do rozmieszczenia $4$ "obiekty": blok (Ania, Bartek) oraz pozostałe $3$ osoby (Celina, Damian, Ewa). Liczba sposobów na rozmieszczenie tych $4$ obiektów wynosi $4!$.
Wewnątrz bloku Ania i Bartek mogą zamienić się miejscami na $2!$ sposoby (Ania-Bartek lub Bartek-Ania). Zatem, zgodnie z regułą mnożenia, całkowita liczba sposobów wynosi:\[4! \cdot 2! = 24 \cdot 2 = 48\]Jest $48$ sposobów, aby Ania i Bartek siedzieli obok siebie.
odpowiedz
Zadanie 2 (3 pkt)
Sześcioro znajomych: Ania, Bartek, Celina, Damian, Ewa i Franek idą do teatru. Mają oni zająć sześć kolejnych miejsc w jednym rzędzie.
a) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca?
b) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca tak, aby Ania i Bartek siedzieli obok siebie?
c) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca tak, aby Ania i Bartek siedzieli obok siebie oraz Celina i Damian siedzieli obok siebie?
a) Mogą zająć miejsca na $720$ sposobów.
b) Mogą zająć miejsca na $240$ sposobów.
c) Mogą zająć miejsca na $96$ sposobów.
a) Mamy $6$ osób i $6$ miejsc. Liczba sposobów, na jakie mogą zająć te miejsca, jest równa liczbie permutacji zbioru $6$-elementowego. Obliczamy ją za pomocą silni.\[P_6 = 6! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 \cdot 6 = 720\]b) Aby Ania i Bartek siedzieli obok siebie, traktujemy ich jako jeden blok. Teraz mamy do rozsadzenia $5$ "obiektów" (pozostałe $4$ osoby oraz para Ania-Bartek). Można to zrobić na $5!$ sposobów. W ramach bloku, Ania i Bartek mogą zamienić się miejscami na $2!$ sposobów. Całkowita liczba sposobów wynosi:\[5! \cdot 2! = 120 \cdot 2 = 240\]c) Tworzymy dwa bloki: jeden dla Ani i Bartka, a drugi dla Celiny i Damiana. Oprócz tych dwóch bloków mamy jeszcze $2$ pozostałe osoby (Ewa, Franek). Daje nam to łącznie $4$ "obiekty" do rozmieszczenia. Można je ustawić na $4!$ sposobów. W każdym z dwóch bloków osoby mogą zamienić się miejscami na $2!$ sposobów. Całkowita liczba sposobów jest iloczynem tych możliwości:\[4! \cdot 2! \cdot 2! = 24 \cdot 2 \cdot 2 = 96\]
Zadanie 3 (4 pkt)
Zakupiono $18$ biletów do kina, w tym $12$ biletów na miejsca od $1$. do $12$. w ósmym rzędzie oraz $6$ biletów na miejsca od $13$. do $18$. w dziesiątym rzędzie. Na ile sposobów $18$ osób może usiąść na tych miejscach:
a) dowolnie
b) tak, aby dwie ustalone osoby siedziały obok siebie
c) tak, aby trzy ustalone osoby siedziały obok siebie w ósmym rzędzie?
a) $18!$
b) $32 \cdot 16!$
c) $60 \cdot 15!$
a) Mamy $18$ osób i $18$ ponumerowanych miejsc. Liczba sposobów, na które można rozsadzić $18$ osób na $18$ miejscach, jest równa liczbie permutacji zbioru $18$-elementowego. Wynosi ona:\[18!\]b) Dwie ustalone osoby traktujemy jako jeden blok. Muszą one zająć dwa sąsiednie miejsca. W rzędzie ósmym (miejsca od $1$ do $12$) jest $12-1=11$ par sąsiednich miejsc. W rzędzie dziesiątym (miejsca od $13$ do $18$) jest $6-1=5$ par sąsiednich miejsc. Łącznie mamy $11+5=16$ par sąsiednich miejsc.
Wybieramy jedną z $16$ par miejsc. Dwie ustalone osoby możemy usadzić na tych dwóch miejscach na $2!$ sposobów. Pozostałe $18-2=16$ osób możemy rozsadzić na pozostałych $16$ miejscach na $16!$ sposobów.
Całkowita liczba sposobów wynosi:\[16 \cdot 2! \cdot 16! = 16 \cdot 2 \cdot 16! = 32 \cdot 16!\]c) Trzy ustalone osoby mają siedzieć obok siebie w ósmym rzędzie. Rząd ósmy ma $12$ miejsc (od $1$ do $12$). Musimy znaleźć blok trzech kolejnych miejsc. Liczba takich bloków wynosi $12-3+1=10$.
Wybieramy jeden z $10$ bloków miejsc. Trzy ustalone osoby możemy usadzić na tych trzech miejscach na $3!$ sposobów. Pozostałe $18-3=15$ osób możemy rozsadzić na pozostałych $15$ miejscach na $15!$ sposobów.
Całkowita liczba sposobów wynosi:\[10 \cdot 3! \cdot 15! = 10 \cdot 6 \cdot 15! = 60 \cdot 15!\]
Zadanie 4 (3 pkt)
Ośmioro przyjaciół: Ania, Bartek, Celina, Damian, Ewelina, Franek, Gosia i Hubert ma usiąść przy okrągłym stole. Dwa rozmieszczenia osób przy stole uznamy za różne, jeśli co najmniej jedna osoba będzie mieć innego sąsiada co najmniej po jednej stronie.
a) Na ile sposobów przyjaciele mogą zająć miejsca przy stole?
b) Na ile sposobów przyjaciele mogą zająć te miejsca tak, by Ania i Bartek siedzieli obok siebie?
c) Na ile sposobów przyjaciele mogą zająć te miejsca tak, by Ania i Bartek siedzieli obok siebie oraz Celina i Damian siedzieli obok siebie?
a) $5040$ sposobów.
b) $1440$ sposobów.
c) $480$ sposobów.
a) Liczba sposobów, na jakie $n$ osób może usiąść przy okrągłym stole, jest dana wzorem na permutacje cykliczne i wynosi $(n-1)!$. W tym przypadku $n=8$, więc liczba sposobów to:\[(8-1)! = 7! = 5040\]b) Aby Ania i Bartek siedzieli obok siebie, traktujemy ich jako jedną połączoną jednostkę. Teraz mamy do rozmieszczenia $7$ jednostek (para Ania-Bartek i $6$ pozostałych osób) przy okrągłym stole. Liczba sposobów, na jakie można to zrobić, wynosi $(7-1)! = 6!$. W ramach pary, Ania i Bartek mogą zamienić się miejscami na $2!$ sposobów. Zatem, zgodnie z regułą mnożenia, całkowita liczba sposobów wynosi:\[(7-1)! \cdot 2! = 6! \cdot 2 = 720 \cdot 2 = 1440\]c) W tym przypadku traktujemy Anię i Bartka jako jedną jednostkę oraz Celinę i Damiana jako drugą jednostkę. Mamy więc do rozmieszczenia $6$ jednostek (para Ania-Bartek, para Celina-Damian i $4$ pozostałe osoby) przy okrągłym stole. Liczba sposobów wynosi $(6-1)! = 5!$. W każdej z dwóch par osoby mogą zamienić się miejscami na $2!$ sposobów. Całkowita liczba sposobów wynosi:\[(6-1)! \cdot 2! \cdot 2! = 5! \cdot 2 \cdot 2 = 120 \cdot 4 = 480\]
Zadanie 5 (2 pkt)
Pięcioro znajomych: Adam, Beata, Cezary, Dorota i Emil, kupiło bilety na pięć kolejnych miejsc w jednym rzędzie w kinie.
a) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca, jeśli Adam i Beata chcą siedzieć obok siebie?
b) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca, jeśli Cezary i Dorota nie chcą siedzieć obok siebie?
a) Adam i Beata mogą zająć miejsca obok siebie na $48$ sposobów.
b) Cezary i Dorota mogą zająć miejsca tak, aby nie siedzieć obok siebie, na $72$ sposoby.
a) Rozważamy Adama i Beatę jako jeden blok (parę). Wówczas mamy do ułożenia $4$ "elementy": parę (Adam, Beata), Cezarego, Dorotę i Emila.
Liczba sposobów ułożenia tych $4$ elementów to permutacje $4$ elementów, czyli $4!$.\[4! = 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 24\]Dodatkowo, Adam i Beata mogą zamienić się miejscami wewnątrz swojego bloku (Adam-Beata lub Beata-Adam). Liczba sposobów na to to $2!$.\[2! = 2 \times 1 = 2\]Zatem łączna liczba sposobów, na które Adam i Beata mogą siedzieć obok siebie, wynosi:\[4! \times 2! = 24 \times 2 = 48\]b) Najpierw obliczmy całkowitą liczbę sposobów, na jakie pięcioro znajomych może zająć $5$ miejsc. Jest to liczba permutacji $5$ elementów:\[5! = 5 \times 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 120\]Następnie obliczmy liczbę sposobów, na które Cezary i Dorota siedzą obok siebie. Postępujemy analogicznie jak w punkcie a). Traktujemy Cezarego i Dorotę jako jeden blok (parę). Mamy wówczas $4$ "elementy": parę (Cezary, Dorota), Adama, Beatę i Emila.
Liczba sposobów ułożenia tych $4$ elementów to $4!$.\[4! = 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 24\]Cezary i Dorota mogą zamienić się miejscami wewnątrz swojego bloku na $2!$ sposobów.\[2! = 2 \times 1 = 2\]Liczba sposobów, na które Cezary i Dorota siedzą obok siebie, wynosi:\[4! \times 2! = 24 \times 2 = 48\]Liczba sposobów, na które Cezary i Dorota nie siedzą obok siebie, to całkowita liczba sposobów minus liczba sposobów, na które siedzą obok siebie:\[120 - 48 = 72\]
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Czworo rodzeństwa: Kasia, Maciek, Ola i Paweł, ustawia się w rzędzie do zdjęcia.
a) Na ile sposobów mogą się ustawić?
b) Na ile sposobów mogą się ustawić tak, aby Kasia i Paweł stali na krańcach rzędu?
a) $24$ sposoby.
b) $4$ sposoby.
Zadanie 2 (3 pkt)
Ośmioro studentów: Hania, Igor, Jan, Kasia, Leon, Magda, Norbert i Olga, zajmuje miejsca w jednym rzędzie w auli.
a) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca?
b) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca tak, aby Hania i Igor siedzieli obok siebie?
c) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca tak, aby Hania i Igor siedzieli obok siebie oraz Jan i Kasia siedzieli obok siebie?
a) Mogą zająć miejsca na $40320$ sposobów.
b) Mogą zająć miejsca na $10080$ sposobów.
c) Mogą zająć miejsca na $2880$ sposobów.
Zadanie 3 (4 pkt)
Zakupiono $20$ biletów na koncert, w tym $8$ biletów na miejsca od $1$. do $8$. w sektorze A oraz $12$ biletów na miejsca od $9$. do $20$. w sektorze B. Na ile sposobów $20$ osób może zająć te miejsca:
a) dowolnie
b) tak, aby trzy ustalone osoby siedziały obok siebie
c) tak, aby pięć ustalonych osób siedziało obok siebie w sektorze B?
a) $20!$
b) $96 \cdot 17!$
c) $960 \cdot 15!$
Zadanie 4 (3 pkt)
Sześcioro przyjaciół: Ala, Bolek, Czesław, Dorota, Edek i Felicja ma usiąść przy okrągłym stole. Dwa rozmieszczenia osób przy stole uznamy za różne, jeśli co najmniej jedna osoba będzie mieć innego sąsiada co najmniej po jednej stronie.
a) Na ile sposobów przyjaciele mogą zająć miejsca przy stole?
b) Na ile sposobów przyjaciele mogą zająć te miejsca tak, by Ala i Bolek siedzieli obok siebie?
c) Na ile sposobów przyjaciele mogą zająć te miejsca tak, by Ala i Bolek siedzieli obok siebie oraz Czesław i Dorota siedzieli obok siebie?
a) $120$ sposobów.
b) $48$ sposobów.
c) $24$ sposoby.
Zadanie 5 (2 pkt)
Czterech znajomych: Ania, Bartek, Celina i Darek, kupiło bilety na cztery kolejne miejsca w jednym rzędzie w kinie.
a) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca, jeśli Ania i Bartek chcą siedzieć obok siebie?
b) Na ile sposobów mogą zająć te miejsca, jeśli Celina i Darek nie chcą siedzieć obok siebie?
a) Ania i Bartek mogą zająć miejsca obok siebie na $12$ sposobów.
b) Celina i Darek mogą zająć miejsca tak, aby nie siedzieć obok siebie, na $12$ sposobów.
