Реферат: Комбинаторика

/>Реферат на тему:

/>

                    

Выполнилученик 10 класса «В»

среднейшколы №53

ГлуховМихаил Александрович

г. Набережные Челны

2002 г.
Содержание

Из истории комбинаторики_________________________________________ 3 Правило суммы___________________________________________________ 4 Примеры задач____________________________________________________ - Правило произведения_____________________________________________ 4 Примеры задач____________________________________________________ - Пересекающиеся множества________________________________________ 5 Примеры задач____________________________________________________ - Круги Эйлера_____________________________________________________ - Размещения без повторений________________________________________ 6 Примеры задач____________________________________________________ - Перестановки без повторений_______________________________________ 7 Примеры задач____________________________________________________ - Сочетания без повторений__________________________________________ 8 Примеры задач____________________________________________________ - Размещения и сочетания без повторений______________________________ 9 Примеры задач____________________________________________________ - Перестановки с повторениями_______________________________________ 9 Примеры задач____________________________________________________ - Задачи для самостоятельного решения________________________________ 10 Список используемой литературы___________________________________ 11

Из истории комбинаторики

Комбинаторика занимается различного вида соединениями,которые можно образовать из элементов конечного множества. Некоторые элементыкомбинаторики были известны в Индии еще во II в. до н. э. Нидийцы умеливычислять числа, которые сейчас называют «сочетания». В XII в.Бхаскара вычислял некоторые виды сочетаний и перестановок. Предполагают, чтоиндийские ученые изучали соединения в связи с применением их в поэтике, науке оструктуре стиха и поэтических произведениях. Например, в связи с подсчетомвозможных сочетаний ударных (долгих) и безударных (кратких) слогов стопы из nслогов. Как научная дисциплина, комбинаторика сформировалась в XVII в. В книге«Теория и практика арифметики» (1656 г.) французский автор А. Такжепосвящает сочетаниям и перестановкам целую главу.
Б. Паскаль в «Трактате об арифметическом треугольнике» и в«Трактате о числовых порядках» (1665 г.) изложил учение обиномиальных коэффициентах. П. Ферма знал о связях математических квадратов и фигурныхчисел с теорией соединений. Термин "комбинаторика"стал употребляться после опубликования Лейбницем в 1665 г. работы«Рассуждение о комбинаторном искусстве», в которой впервые данонаучное обоснование теории сочетаний и перестановок. Изучением размещенийвпервые занимался Я. Бернулли во второй части своей книги «Arsconjectandi» (искусство предугадывания) в 1713 г. Современная символикасочетаний была предложена разными авторами учебных руководств только в XIX в.

Все разнообразие комбинаторных формул может бытьвыведено из двух основных утверждений, касающихся конечных множеств – правилосуммы и правило произведения.


 

Правило суммы

 

Если конечные множества не пересекаются, то число элементов X U Y{или} равно сумме числа элементов множества X и числа элементов множества Y.

То есть, если на первойполке стоит X книг, а на второй Y, то выбрать книгу из первой или второй полки,можно X+Y способами.

Примеры задач

Ученик должен выполнить практическую работу по математике. Емупредложили на выбор 17 тем по алгебре и 13 тем по геометрии. Сколькимиспособами он может выбрать одну тему для практической работы?

Решение: X=17, Y=13

По правилу суммы X U Y=17+13=30 тем.

Имеется 5 билетов денежно-вещевой лотереи, 6 билетов спортлото и 10билетов автомотолотереи. Сколькими способами можно выбрать один билет изспортлото или автомотолотереи?

Решение: Так как денежно-вещевая лотерея в выборе не участвует, товсего 6+10=16 вариантов.

Правило произведения

Если элемент X можно выбрать k способами, а элемент Y-m способамито пару (X,Y) можно выбрать k*m способами.

То есть, если на первой полке стоит 5 книг, а на второй 10, то выбратьодну книгу с первой полки и одну со второй можно 5*10=50 способами.

Примеры задачПереплетчик должен переплести 12 различных книг в красный, зеленый икоричневые переплеты. Сколькими способами он может это сделать?

Решение: Имеется 12 книг и 3 цвета, значит по правилу произведениявозможно 12*3=36 вариантов переплета.

Сколько существует пятизначных чисел, которые одинаково читаются слеванаправо и справа налево?

Решение: В таких числах последняя цифра будет такая же, как и первая, апредпоследняя — как и вторая. Третья цифра будет любой. Это можно представить ввиде XYZYX, где Y и Z -любые цифры, а X — не ноль. Значит по правилупроизведения количество цифр одинаково читающихся как слева направо, так исправа налево равно 9*10*10=900 вариантов.


Пересекающиеся множества

 

Но бывает, что множества X и Yпересекаются, тогда пользуются формулой/>,где X и Y — множества, а /> - область пересечения.

/>Примеры задач

 

20 человек знают английский и 10 — немецкий,из них 5 знают и английский,и немецкий. Сколько Человек всего?

Ответ: 10+20-5=25 человек.

Также часто для наглядного решения задачи применяются круги Эйлера.Например:

/>Из100 туристов, отправляющихся в заграничное путешествие, немецким языком владеют30 человек, английским — 28, французским — 42. Английским и немецким одновременновладеют 8 человек, английским и французским — 10, немецким и французским — 5,всеми тремя языками — 3. Сколько туристов не владеют ни одним языком?

 Решение: Выразим условие этой задачи графически. Обозначимкругом тех, кто знает английский, другим кругом — тех, кто знает французский, итретьим кругом — тех, кто знают немецкий.

/>Всеми тремя языками владеют три туриста, значит, в общейчасти кругов вписываем число 3. Английским и французским языком владеют 10человек, а 3 из них владеют еще и немецким. Следовательно, только английским ифранцузским владеют 10-3=7 человек.

Аналогично получаем, что только английским и немецким владеют 8-3=5 человек, а немецким и французским 5-3=2 туриста. Вносим этиданные в соответствующие части.

/>Определим теперь, сколько человек владеют только одним изперечисленных языков. Немецкий знают 30 человек, но 5+3+2=10 из них владеют идругими языками, следовательно, только немецкий знают 20 человек. Аналогичнополучаем, что одним английским владеют 13 человек, а одним французским — 30 человек.

По условию задачи всего 100 туристов. 20+13+30+5+7+2+3=80 туристовзнают хотя бы один язык, следовательно, 20 человек не владеют ни одним изданных языков.


Размещениябез повторений.

Сколько можносоставить телефонных номеров из 6 цифр каждый, так чтобы все цифры былиразличны?

Это пример задачи на размещениебез повторений. Размещаются здесь 10 цифр по 6. А варианты, при которыходинаковые цифры стоят в разном порядке считаются разными.

Если X-множество, состоящие из nэлементов, m≤n, то размещением без повторений из n элементов множества Xпо m называется упорядоченное множество X, содержащее m элементов называетсяупорядоченное множество X, содержащее m элементов.

Количество всех размещений из n элементов по mобозначают

/>

n! — n-факториал (factorial анг. сомножитель) произведениечисел натурального ряда от 1 до какого либо числа n

n!=1*2*3*...*n       0!=1

Значит, ответ на вышепоставленную задачу будет

/>

Задача

Сколькими способами 4 юноши могут пригласить четырех изшести девушек на танец?

Решение: два юноши не могут одновременно пригласить одну и туже девушку. И варианты, при которых одни и те же девушки танцуют с разнымиюношами считаются, разными, поэтому:

/> 

Возможно 360 вариантов.


Перестановки без повторений

В случаеn=m (см. размещения без повторений) из n элементов по m  называется перестановкоймножества x.

Количествовсех перестановок из n элементов обозначают Pn.

Pn=n!

Действительно при n=m:

/>

Примеры задач

Сколькоразличных шестизначных чисел можно составить из цифр 0, 1, 2, 3, 4,5, еслицифры в числе не повторяются?

Решение:

1)      Найдемколичество всех перестановок из этих цифр: P6=6!=720

2)      0 не можетстоять впереди числа, поэтому от этого числа необходимо отнять количествоперестановок, при котором 0 стоит впереди. А это P5=5!=120.

P6-P5=720-120=600

Квартет

ПроказницаМартышка

Осел,

Козел,

Дакосолапый Мишка

Затеялииграть квартет

Стой,братцы стой! –

КричитМартышка, — погодите!

Какмузыке идти?

Ведь выне так сидите…

И так, и этакпересаживались – опять музыка на лад не идет.

Тут пущепрежнего пошли у низ раздоры

И споры,

Кому икак сидеть…

Вероятно,крыловские музыканты так и не перепробовали всех возможных мест. Однако способовне так уж и много. Сколько?

Здесь идетперестановка из четырех, значит, возможно

P4=4!=24варианта перестановок.


Сочетаниябез повторений

Сочетанием безповторений называется такое размещение, при котором порядок следования элементовне имеет значения.

Всякоеподмножество X состоящее из m элементов, называется сочетанием из n элементовпо m.

Таким образом,количество вариантов при сочетании будет меньше количества размещений.

Число сочетанийиз n элементов по m обозначается />.

/>.

Примеры задач

/>Сколькотрехкнопочных комбинаций существует на кодовом замке (все три кнопки нажимаютсяодновременно), если на нем всего 10 цифр.

Решение:

Так как кнопкинажимаются одновременно, то выбор этих трех кнопок – сочетание. Отсюда возможно/>вариантов.

У одногочеловека 7 книг по математике, а у второго – 9. Сколькими способами они могутобменять друг у друга две книги на две книги.

Решение:

Так как надо порядок следования книг не имеет значения, то выбор 2ух книг — сочетание. Первый человек может выбрать 2 книги />/> способами. Второй человек можетвыбрать 2 книги />. Значит всего поправилу произведения возможно 21*36=756 вариантов.

При игре вдомино 4 игрока делят поровну 28 костей. Сколькими способами они могут это сделать?

Первый игрокделает выбор из 28 костей. Второй из 28-7=21 костей, третий 14, а четвертыйигрок забирает оставшиеся кости. Следовательно, возможно />.
Размещения и сочетания с повторениями

Часто взадачах по комбинаторике встречаются множества, в которых какие-либо компонентыповторяются. Например: в задачах на числа – цифры. Для таких задач приразмещениях используется формула />, а длясочетаний />.

Примеры задач

Сколькотрехзначных чисел можно составить из цифр 1, 2, 3, 4, 5?

Решение.Так как порядок цифр в числе существенен, цифры могут повторяться, то это будутразмещения с повторениями из пяти элементов по три, а их число равно />.

Вкондитерском магазине продавались 4 сорта пироженных: эклеры, песочные,наполеоны и слоеные. Сколькими способами можно купить 7 пироженных.

Решение:Покупка не зависит от того, в каком порядке укладывают купленные пироженные в коробку.Покупки будут различными, если они отличаются количеством купленных пирожныххотя бы одного сорта. Следовательно, количество различных покупок равно числусочетаний четырех видов пироженных по семь — />.

Обезьянупосадили за пишущую машинку с 45 клавишами, определить число попыток, необходимыхдля того, чтобы она наверняка напечатала первую строку романа Л.Н. Толстого«Анна Каренина», если строка содержит 52 знака и повторений не будет?

Решение:порядок букв имеет значение. Буквы могут повторяться. Значит, всего есть /> вариантов.

Перестановки сповторениями

/>/>,где n-количество всех элементов, n1,n2,…,nr-количествоодинаковых элементов.

 

Примеры задач

Сколькимиспособами можно переставить буквы слова «ананас»?

Решение:всего букв 6. Из них одинаковы n1«а»=3, n2«н»=2, n3«с»=1.Следовательно, число различных перестановок равно />.


/>Задачи для самостоятельного решения

Сколько перестановок можно сделать из букв слова«Миссисипи».

Ответ: 2520

  Имеется пять различных стульев и семь рулонов обивочнойткани различных цветов. Сколькими способами можно осуществить обивку стульев.

Ответ: 16807

На памятныесувениры в «Поле Чудес» спонсоры предлагают кофеварки, утюги, телефонныеаппараты, духи. Сколькими способами 9 участников игры могут получить эти сувениры?Сколькими способами могут быть выбраны 9 предметов для участников игры?

Ответ: 49, 220

Сколькимиспособами можно расставить на шахматной доске 8 ладей так, чтобы на одна из нихне могла бить другую?

Ответ: 40320

Сколько можетбыть случая выбора 2 карандашей и 3 ручек из пяти различных карандашей и шестиразличных ручек?

Ответ:200

Сколькоспособов раздачи карт на 4 человека существует в игре                 «Верю ‑ не верю»(карты раздаются полностью, 36 карт).

Ответ: />.

В течении 30дней сентября было 12 дождливых дней, 8 ветреных, 4 холодных, 5 дождливых иветреных, 3 дождливых и холодных, а один день был и дождливым, и ветреным, ихолодным. В течение скольких дней в сентябре стояла хорошая погода.

Ответ: 15

На ферме есть20 овец и 24 свиньи. Сколькими способами можно выбрать одну овцу и одну свинью?Если такой выбор уже сделан, сколькими способами можно сделать его еще раз?

Ответ: 480, 437

Сколькимиспособами можно выбрать гласную и согласную буквы из слова «здание»?

Ответ: 9

Сколькосуществует четных пятизначных чисел, начинающихся нечетной цифрой?

Ответ: 25000

В книжныймагазин  поступили романы Ф. Купера «Прерия», «Зверобой», «Шпион», «Пионеры»,«Следопыт» по одинаковой цене. Сколькими способами библиотека может закупить 17книг на выбранный чек?

Ответ:: 2985
Список используемой литературы

Савина Л.Н.,Попырев А.В. «КОМБИНАТОРИКА» издательство Елабужский государственный педагогическийинститут 1999г

Халамайзер А.Я. «Математика? – Забавно!» издание автора 1989г

Интернет

http:\www.mathclub.zala.ru/0921.html

еще рефераты
Еще работы по математике