Ugrás a fő tartalomhoz

Kombinatorika

A valószínűség taglalása előtt ismételjük át a legfontosabb kombinatorikai fogalmakat.

Ismétlés nélküliIsmétléses
Permutáción!n!n!k1!⋅…⋅kr!\frac{n!}{k_1! \cdot \ldots \cdot k_r!}
Variáción!(n−k)!\frac{n!}{(n-k)!}nkn^k
kombináció(nk){n \choose k}(n+k−1k){n+k-1 \choose k}

Permutáció​

Véges sok elem lehetséges sorba rendezéseinek száma.

Ismétlés nélküli permutáció​

nn egymástól különböző elem ismétlés nélküli permutációinak száma:

n⋅(n−1)⋅…⋅2⋅1=n!n \cdot (n-1) \cdot \ldots \cdot 2 \cdot 1 = n!
információ
0!=10! = 1

Ismétléses permutáció​

Permutáció, ahol vannak egymástól nem megkülönböztethető elemek. Jelölje az egyes ilyen egymástól megkülönböztethetetlen elemeket tartalmazó csoportokat ki  (i≤n)k_i \; (i \le n). Ekkor az ismétléses permutációk száma a következő:

n!k1!⋅…⋅kr!\frac{n!}{k_1! \cdot \ldots \cdot k_r!}

Tehát az ismétlés nélküli permutációk száma leosztva az egyes csoportok belső permutációinak számával.

megjegyzés

Az ismétlés nélküli permutáció az ismétléses permutáció egy speciális esete, ahol a csoportok száma megegyezik az elemek számával.

Variáció​

Véges sok elemből kiválasztott kk db elem lehetséges sorba rendezéseinek száma.

Ismétlés nélküli variáció​

Nagyon hasonló az ismétlés nélküli permutációhoz annyi különbséggel, hogy csak az első kk elem sorrendjét nézzük

n⋅(n−1)⋅…⋅(n−k+1)⏟k tag=n!(n−k)!\underbrace{n \cdot (n-1) \cdot \ldots \cdot (n-k+1)}_{k \text{ tag}} = \frac{n!}{(n-k)!}
megjegyzés

k=nk = n esetén az ismétlés nélküli variáció megegyezik az ismétlés nélküli permutációval.

Ismétléses variáció​

Hasonló az ismétlés nélküli variációhoz, annyi különbséggel, hogy egy elemet akárhányszor kiválaszthatunk, így:

n⋅n⋅…⋅n⏟k tag=nk\underbrace{n \cdot n \cdot \ldots \cdot n}_{k \text{ tag}} = n^k

Kombináció​

Ismétlés nélküli kombináció​

Véges sok elemből kk elem kiválasztása úgy, hogy csak az elemek összetétele számít (azaz sorrendjük nem). Nagyon hasonló az ismétléses variációhoz, annyi különbséggel, hogy a kiválasztott kk elem belső sorrendje sem számít ezért le kell osztanunk k!k!-al:

n!k!⋅(n−k)!=(nk)\frac{n!}{k! \cdot (n-k)!} = {n \choose k}
információ
(nk)=(nn−k){n \choose k} = {n \choose n - k}
megjegyzés

(nk){n \choose k} számokat binomiális együtthatóknak nevezzük a binomiális tételben betöltött szerepük miatt.

Binomiális tétel

Minden nemnegatív nn természetes szám esetén:

(x+y)n=∑k=0n(nk)xn−k⋅yk(x+y)^n = \sum^n_{k=0}{{n \choose k} x^{n-k} \cdot y^k}

Ismétléses kombináció​

nn egymástól megkülönböztethető elemből kiválasztunk kk elemet úgy, hogy egy elemtípusból akár többször is választhatunk kombinációk száma:

(n+k−1k){n+k-1 \choose k}

Ez a képlet elsőre nem feltétlenül tűnhet intuitívnek ezért tekintsünk egy példát: Egy egyetemen 3 szakirány van, hányféleképpen tud 6 tanuló szakirányt választani?

Ekkor a következő kombinációk adódnak: AAAAAA,AAAAAB,AAAAAC,ABBCBCAAAAAA, AAAAAB, AAAAAC, ABBCBC stb. Egy ilyen kombinációban, egyértelműen meg tudjuk határozni a különböző csoportok határait még (ABBCBCABBCBC esetén is hiszen a sorrend nem számít):

Ekkor egy lehetséges kombinációt a következő módon tudunk lekódolni: ABBBCC=X∣XXX∣XXABBBCC = X \mid XXX \mid XX

Ahhoz, hogy megkapjuk a kombinációk számát egy másik problémát kell megoldanunk: hányféleképpen tudunk az XXXXXX|| karakterekből (n+k−1)=8(n+k-1)=8 hosszú karakterláncokat alkotni?

Ez egy ismétléses permutáció, melynek képletéből:

8!2!⋅6!=(n+k−1)!(n−k)!⋅n!=(n+k−1n−k)\frac{8!}{2! \cdot 6!} = \frac{(n+k-1)!}{(n-k)! \cdot n!} = {n+k-1 \choose n-k}

Mivel (nk)=(nn−k){n \choose k} = {n \choose n - k}, ezért

(n+k−1n−k)=(n+k−1k)=(86)=28{n+k-1 \choose n-k} = {n+k-1 \choose k} = {8 \choose 6} = 28
megjegyzés

Ez előző alfeladatot úgy is megfogalmazhattuk volna, hogy hányféleképpen tudjuk a függőleges vonalak pozícióit megválasztani. Ez egy ismétlés nélküli kombináció, amiből (82)=(86){8 \choose 2} = {8 \choose 6} adódik.

tanács

Az ismétléses kombináció felteszi, hogy minden elemtípus elemeiből végtelen sok van. Emiatt legtöbbször olyan feladatoknál jön elő, ahol az elemeket kiválasztás után visszatesszük.