Sari la conținut

Combinatorică pentru admitere: permutări, aranjamente, combinări

Ca să alegi între permutări, aranjamente și combinări, stabilește ce numeri și dacă ordinea contează. După formulele de numărare, folosești binomul lui Newton pentru a găsi un termen cu o proprietate dată.

Lecție scrisă de Admitero, actualizată la

Factorial și permutări

Factorialul lui nn este produsul n!=1⋅2⋅⋯⋅nn! = 1 \cdot 2 \cdot \dots \cdot n, cu convenția

0!=10! = 1

Numărul de moduri în care poți ordona nn obiecte distincte este numărul de permutări:

Pn=n!P_n = n!

În rapoarte de factoriale, încearcă simplificarea înainte de calculul produselor. Se simplifică prin scrierea recursivă n!=n⋅(n−1)!n! = n \cdot (n-1)!; de exemplu 10!8!=10⋅9=90\dfrac{10!}{8!} = 10 \cdot 9 = 90. După rezolvarea ecuației rezultate, păstrează doar soluțiile naturale pentru care factorialele sunt definite.

Aranjamente și combinări

Aranjamentele numără câte moduri există de a alege kk obiecte din nn atunci când ordinea contează:

Ank=n!(n−k)!=n(n−1)…(n−k+1)A_n^k = \frac{n!}{(n-k)!} = n(n-1)\dots(n-k+1)

Combinările numără alegerile în care ordinea nu contează:

Cnk=n!k! (n−k)!=Ankk!\displaystyle C_n^k = \frac{n!}{k!\,(n-k)!} = \frac{A_n^k}{k!}

Ambele au sens doar pentru n,kn, k naturale cu 0≤k≤n0 \leq k \leq n; condiția asta elimină soluții la ecuațiile cu parametru.

Testul practic pentru alegerea formulei: dacă a schimba ordinea obiectelor alese produce un alt rezultat, folosește AnkA_n^k; dacă nu, CnkC_n^k. Un podium cu locurile 1, 2, 3 înseamnă aranjamente. O echipă de 3 oameni înseamnă combinări.

Proprietățile combinărilor cerute la admitere:

Cnk=Cnn−k,Cnk−1+Cnk=Cn+1kC_n^k = C_n^{n-k}, \qquad C_n^{k-1} + C_n^k = C_{n+1}^k

Prima scurtează calculele: C96=C93C_9^6 = C_9^3. A doua este regula lui Pascal, cea din spatele triunghiului cu același nume.

Binomul lui Newton

Dezvoltarea binomului:

(a+b)n=∑k=0nCnk an−k bk(a + b)^n = \sum_{k=0}^{n} C_n^k\, a^{n-k}\, b^k

Termenul general, obiectul central al grilelor de aici:

Tk+1=Cnk an−k bkT_{k+1} = C_n^k\, a^{n-k}\, b^k

Indexarea este capcana clasică: termenul al șaptelea este T7T_7, obținut pentru k=6k = 6. Dezvoltarea are n+1n + 1 termeni, nu nn.

Pentru n≥1n\geq1, două sume se obțin prin alegeri particulare ale lui aa și bb:

Cn0+Cn1+⋯+Cnn=2n,Cn0−Cn1+Cn2−⋯+(−1)nCnn=0C_n^0 + C_n^1 + \dots + C_n^n = 2^n, \qquad C_n^0 - C_n^1 + C_n^2 - \dots + (-1)^n C_n^n = 0

Prima iese punând a=b=1a = b = 1, a doua punând a=1a = 1, b=−1b = -1. Același truc dă suma coeficienților oricărei dezvoltări: înlocuiești fiecare variabilă cu 1.

Tiparele de grilă și cum le rezolvi

Termenul cu o proprietate dată. „Termenul care îl conține pe xpx^p” sau „termenul care nu conține xx” din (xα+xβ)n(x^\alpha + x^\beta)^n: scrii Tk+1T_{k+1}, aduni exponenții lui xx într-o singură putere, egalezi exponentul cu pp (sau cu 0) și scoți kk. Dacă kk nu iese natural în intervalul [0,n][0, n], termenul cerut nu există, iar grila are de obicei și varianta asta de răspuns.

Ecuații cu CnkC_n^k sau AnkA_n^k. Scrii formulele, simplifici factorialele, rezolvi ecuația algebrică rezultată și păstrezi doar soluțiile naturale care respectă k≤nk \leq n.

Numărare directă. Submulțimi, funcții, numere formate cu cifre date. Reperele: o mulțime cu nn elemente are 2n2^n submulțimi și CnkC_n^k submulțimi cu exact kk elemente; la numărarea numerelor, prima cifră nu are voie să fie 0, deci trateaz-o separat.

Greșeli de evitat

  • Folosești combinări unde ordinea contează sau aranjamente unde nu contează; verifică întâi dacă reordonarea schimbă rezultatul.

  • Citești „termenul al șaptelea” ca k=7k = 7 în Tk+1T_{k+1}, deși el corespunde lui k=6k = 6.

  • Dezvolți complet factorialele în loc să simplifici; calculele devin lungi și greșeala de aritmetică vine singură.

  • Accepți soluții cu k>nk > n sau nenaturale la ecuațiile cu CnkC_n^k, deși formula nici nu e definită acolo.

  • Iei 0!=00! = 0; convenția corectă este 0!=10! = 1, altfel Cn0C_n^0 și CnnC_n^n nu mai dau 1.

  • Numeri nn termeni în dezvoltarea (a+b)n(a+b)^n, deși ea are n+1n + 1.

Exemplu rezolvat

Problemă

Determină termenul care nu conține xx din dezvoltarea (x2+1x)9\left(x^2 + \dfrac{1}{x}\right)^9, unde x>0x > 0.

Rezolvare

Pasul 1: scriem termenul general. Cu a=x2a = x^2, b=x−1b = x^{-1} și n=9n = 9:

Tk+1=C9k(x2)9−k(x−1)k=C9k x18−2k x−k=C9k x18−3kT_{k+1} = C_9^k \left(x^2\right)^{9-k} \left(x^{-1}\right)^k = C_9^k\, x^{18 - 2k}\, x^{-k} = C_9^k\, x^{18 - 3k}

Pasul 2: punem condiția pe exponent. Termenul nu conține xx când exponentul este 0:

18−3k=0  ⟹  k=618 - 3k = 0 \implies k = 6

Valoarea k=6k = 6 este naturală și respectă 0≤k≤90 \leq k \leq 9, deci termenul există.

Pasul 3: calculăm termenul. Termenul căutat este T7T_7:

T7=C96=C93=9⋅8⋅71⋅2⋅3=5046=84\displaystyle T_7 = C_9^6 = C_9^3 = \frac{9 \cdot 8 \cdot 7}{1 \cdot 2 \cdot 3} = \frac{504}{6} = 84

Am folosit C96=C99−6=C93C_9^6 = C_9^{9-6} = C_9^3 ca să calculăm cu numere mici.

Răspuns: termenul liber este T7=84T_7 = 84.

Dacă ecuația exponentului nu ar fi dat un kk natural în [0,9][0,9], dezvoltarea nu ar fi conținut un termen liber.

Exersează combinatorică.

Pentru grile din această lecție, selectează matematică și subcapitolele:

  • Permutări, aranjamente și combinări
  • Binomul lui Newton
Rezolvă grile de matematică

Continuă cu grile de matematică și lecții pentru admitere sau vezi grilele Poli și ghidurile facultăților.