Презентация на тему "элементы комбинаторики". Элементы комбинаторики Примеры комбинаторных задач

Он может пригласить в гости одного или несколько из них. Определите общее число возможных вариантов. №3 В 9 «а» классе учатся 25 учащихся, в 9 «б» - 20 учащихся, а в 9 «в» - 18 учащихся. Для работы на пришкольном участке надо выделить трёх учащихся из 9 «а», двух -из 9 «б» и одного – из 9 «в». Сколько существует способов выбора учащихся для работы на пришкольном участке? С №1 Пять мальчиков и четыре девочки хотят сесть на девятиместную скамейку так, чтобы каждая девочка сидела между двумя мальчиками. Сколькими способами они могут это сделать? №2 Из 12 солдат, в число которых входят Иванов и Петров, надо отправить в наряд трёх человек. Сколькими способами это можно сделать, если: а) Иванов и Петров должны пойти в наряд обязательно; б) Иванов и Петров должны остаться; в)Иванов должен пойти в наряд, а Петров –остаться? (Ответы) Устал - отдохни.

В №1 В шахматном кружке занимаются 16 человек. Сколькими способами тренер может выбрать из них для предстоящего турнира: а) команду из четырёх человек; б) команду из четырёх человек, указав при этом, кто из членов команды будет играть на первой, второй, третьей и четвёртой досках?

Презентация на тему:Элементы Комбинаторики!!!

Студента Группы ПР – 101(К) Савченко А.А Проверила Малыгина Г.С.

Комбинаторика! (Комбинаторный анализ) - раздел математики, изучающий дискретные объекты, множества (сочетания,перестановки, размещения и перечисления элементов) и отношения на них (например, частичного порядка). Комбинаторика связана со многими другими областями математики - алгеброй, геометрией, теорией вероятностей, и имеет широкий спектр применения в различных областях знаний (например в генетике, информатике, статистической физике). Термин «комбинаторика» был введён в математический обиход Лейбницем, который в 1666 году опубликовал свой труд «Рассуждения о комбинаторном искусстве».

Методы Комбинаторики Перестановкой из n элементов (например чисел 1,2,…,n) называется всякий упорядоченный набор из этих элементов. Перестановка также является размещением из n элементов по n. Сочетанием из n по k называется набор k элементов, выбранных из данных n элементов. Наборы, отличающиеся только порядком следования элементов (но не составом), считаются одинаковыми, этим сочетания отличаются от размещений. Композицией числа n называется всякое представление n в виде упорядоченной суммы целых положительных чисел. Разбиением числа n называется всякое представление n в виде неупорядоченной суммы целых положительных чисел.

Комбинаторные задачи Комбинаторика – от латинского слова combinare, что означает «соединять, сочетать». Методы комбинаторики находят широкое применение в физике, химии, биологии, экономики и др. областях знания. Комбинаторику можно рассматривать как часть теории множеств – любую комбинаторную задачу можно свести к задаче о конечных множествах и их отображениях.

I. Уровни решения комбинаторных задач 1. Начальный уровень. Задачи поиска хотя бы одного решения, хотя бы одного расположения объектов, обладающих заданным свойствами - отыскание такого расположения десяти точек на пяти отрезках, при котором на каждом отрезке лежит по четыре точки; - такого расположения восьми ферзей на шахматной доске, при котором они не бьют друг друга. Иногда удаётся доказать, что данная задача не имеет решения (например, нельзя расположить 10 шаров в 9 урнах так, что бы в каждой урне было не более одного шара – хотя бы в одной урне окажется не менее двух шаров). 6

2. Второй уровень. Если комбинаторная задача имеет несколько решений, то возникает вопрос о подсчете числа таких решений, описании всех решений данной задачи. 3. Третий уровень. Решения данной комбинаторной задачи отличаются друг от друга некоторыми параметрами. В этом случае возникает вопрос отыскания оптимального варианта решения такой задачи. Например: Путешественник хочет выехать из города А, посетить города В, С, и D. После чего вернуться в город А. 7

8 На рис. изображена схема путей, связывающих эти города . Различные варианты путешествий отличаются друг от друга порядком посещения городов В, С, и.D. Существует шесть вариантов путешествия. В таблице указаны варианты и длин каждого пути:

Правила суммы и произведения 1. Сколько различных коктейлей можно составить из четырёх напитков, смешивая их в равных количествах по два? AB, AC, AD, BC, BD, CD – всего 6 коктейлей 2. Сколько различных двузначных чисел можно составить из цифр 0, 1, 2, 3 ? Первой цифрой двузначного числа может одна из цифр 1, 2, 3 (цифра 0 не может быть первой). Если первая цифра выбрана, то вторая может быть любая из цифр 0, 1, 2, 3. Т.к. каждой выбранной первой соответствует четыре способа выбора второй, то всего имеется 4 + 4 + 4 = 4·3 = 12 различных двузначных чисел. 9 А D С В

2. Сколько различных двузначных чисел можно составить из цифр 0, 1, 2, 3 ? 4 + 4 + 4 = 4·3 = 12 различных двузначных чисел. Первая цифра вторая цифра 1 2 3 10 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3

«Примеры решения комбинаторных задач: перебор вариантов, правило суммы, правило умножения». 11 Сколькими способами могут быть расставлены 4 участниц финального забега на четырёх беговых дорожках? Рп = 4· 3 ·2 ·1= 24 способа (перестановки из 4-х элементов) 1 2 3 4 2 3 4 1 3 4 1 2 4 1 2 3 3 4 2 4 2 3 4 3 4 2 3 2 3 4 1 4 3 1 4 3 4 1 1 3 2 4 1 4 1 2 4 2 4 1 2 1 2 3 1 3 1 2 3 2 3 1 2 1 1 дорожка 2 доржка 3доржка 4 дор. Р е ш е н о п е р е б о р о м в а р и а н т о в

Пример Задачи Комбинаторики При игре в кости бросаются две кости, и выпавшие очки складываются; сколько существует комбинаций, таких, что сумма очков на верхних гранях равна двенадцати? Решение: Каждый возможный исход соответствует функции (аргумент функции - это номер кости, значение - очки на верхней грани). Очевидно, что лишь 6+6 даёт нам нужный результат 12. Таким образом существует лишь одна функция, ставящая в соответствие 1 число 6, и 2 число 6. Или, другими словами, существует всего одна комбинация, такая, что сумма очков на верхних гранях равна двенадцати.

Разделы Комбинаторики!

Перечислительная комбинаторика Перечислительная комбинаторика (или исчисляющая комбинаторика) рассматривает задачи о перечислении или подсчёте количества различных конфигураций (например, перестановок) образуемых элементами конечных множеств, на которые могут накладываться определённые ограничения, такие как: различимость или неразличимость элементов, возможность повторения одинаковых элементов и т. п. Количество конфигураций, образованных несколькими манипуляциями над множеством, подсчитывается согласно правиламсложения и умножения. Типичным примером задач данного раздела является подсчёт количества перестановок. Другой пример - известная Задача о письмах.

Вероятностная комбинаторика! Этот раздел отвечает на вопросы вида: какова вероятность присутствия определённого свойства у заданного множества.

Краткая историческая справка Первые работы, в которых зарождались основные понятия теории вероятностей, представляли собой попытки создания теории азартных игр (Кардано, Гюйгенс, Паскаль, Ферма и другие в XVI-XVII вв.). Следующий этап развития теории вероятностей связан с именем Якоба Бернулли (1654-1705). Доказанная им теорема, получившая впоследствии название «Закона больших чисел», была первым теоретическим обоснованием накопленных ранее фактов. Дальнейшими успехами теория вероятностей обязана Муавру, Лапласу, Гауссу, Пуассону и др. Новый, наиболее плодотворный период связан с именами П. Л. Чебышева (1821-1894) и его учеников А.А.Маркова(1856-1922) и А. М.Ляпунова (1857-1918). В этот период теория вероятностей становится стройной математической наукой. Ее последующее развитие обязано в первую очередь русским и советским математика м (С. Н. Бернштейн, В. И. Романовский, А. Н. Колмогоров, А. Я. Хинчин, Б. В. Гнеденко, Н. В. Смирнов и др.). В настоящее время ведущая роль в создании новых ветвей теории вероятностей также принадлежит советским

Элементы
комбинаторики.
Электронное учебно-методическое пособие
для учащихся 9-11 классов.
Автор-составитель:
Каторова О.Г.,
учитель математики
МБОУ «Гимназия №2»
г.Саров

Комбинаторика

Комбинаторика – это раздел
математики, в котором изучаются
вопросы выбора или расположения
элементов множества в соответствии
с заданными правилами.
«Комбинаторика» происходит от латинского
слова «combina», что в переводе на русский
означает – «сочетать», «соединять».

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Термин "комбинаторика" был
введён в математический обиход
всемирно
известным
немецким
учёным Г.В.Лейбницем, который в
1666 году опубликовал "Рассуждения
о комбинаторном искусстве".
Г.В.Лейбниц
В XVIII веке к решению комбинаторных задач обращались
и другие выдающиеся математики. Так, Леонард Эйлер
рассматривал задачи о разбиении чисел, о паросочетаниях, о
циклических расстановках, о построении магических и
латинских квадратов.

Комбинаторика занимается
различного рода соединениями
(перестановки, размещения,
сочетания), которые можно
образовать из элементов
некоторого конечного множества.

Комбинаторные соединения

Перестановки
1.
2.
Перестановки без повторений
Перестановки с повторениями
Размещения
1.
2.
Размещения без повторений
Размещения с повторениями
Сочетания
1.
2.
Сочетания без повторений
Сочетания с повторениями

Перестановки – соединения,
которые можно составить из n
элементов, меняя всеми
возможными способами их порядок.
Формула:

Историческая справка

В 1713 году было опубликовано
сочинение Я. Бернулли "Искусство
предположений", в котором с
достаточной полнотой были изложены
известные к тому времени
комбинаторные факты.
"Искусство
предположений" не было завершено
автором и появилось после его смерти.
Сочинение состояло из 4 частей,
комбинаторике была посвящена
вторая часть, в которой содержится
формула для числа перестановок из n
элементов.

Пример

Сколькими способами могут 8 человек встать в
очередь к театральной кассе?
Решение задачи:
Существует 8 мест, которые должны занять 8 человек.
На первое место может встать любой из 8 человек, т.е. способов
занять первое место – 8.
После того, как один человек встал на первое место, осталось 7
мест и 7 человек, которые могут быть на них размещены, т.е.
способов занять второе место – 7. Аналогично для третьего,
четвертого и т.д. места.
Используя принцип умножения, получаем произведение. Такое
произведение обозначается как 8! (читается 8 факториал) и
называется перестановкой P8.
Ответ: P8 = 8!

Проверь себя

1) Сколькими способами можно поставить
рядом на полке четыре различные
книги?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

2) Сколькими способами можно положить
10 различных открыток в 10 имеющихся
конвертов (по одной открытке в конверт)?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

3) Сколькими способами можно рассадить
восьмерых детей на восьми стульях в столовой
детского сада?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

4) Сколько различных слов можно составить,
переставляя местами буквы в слове
«треугольник» (считая и само это слово)?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

5) Сколькими способами можно установить
дежурство по одному человеку в день среди семи
учащихся группы в течение 7 дней (каждый
должен отдежурить один раз)?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

Перестановки с
повторениями
Всякое размещение с повторениями, в
котором элемент а1 повторяется k1 раз, элемент
a2 повторяется k2 раз и т.д. элемент an
повторяется kn раз, где k1, k2, ..., kn - данные
числа, называется перестановкой с
повторениями порядка
m = k1 + k2 + … + kn, в которой данные
элементы a1, a2, …, an повторяются
соответственно k1, k2, .., kn раз.

Проверь себя

Перестановки с
повторениями
Теорема. Число различных перестановок с
повторениями из элементов {a1, …, an}, в
которых элементы a1, …, an повторяются
соответственно k1, ..., kn раз, равно
(k1+k2+…+kn)!
m!
P
k1! k2! … kn!
k1! k2! … kn!

Проверь себя

Пример
Слова и фразы с переставленными буквами
называют анаграммами. Сколько анаграмм можно
составить из слова «макака»?
Решение.
Всего в слове «МАКАКА» 6 букв (m=6).
Определим сколько раз в слове используется каждая буква:
«М» - 1 раз (k1=1)
«А» - 3 раза (k2=3)
«К» - 2 раза (k3=2)
m!
Р=
k1! k2! …kn!
6!
4*5*6
Р1,3,2 =
= 2 = 60.
1! 3! 2!

Проверь себя

1) Сколько различных слов можно получить,
переставляя буквы слова "математика" ?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

2) Сколькими способами можно расставить на
первой горизонтали шахматной доски комплект
белых фигур (король, ферзь, две ладьи, два
слона и два коня)?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя
3) У мамы 2 яблока, 3 груши и 4 апельсина.
Каждый день в течение девяти дней подряд она
дает сыну один из оставшихся фруктов.
Сколькими способами это может быть сделано?
РЕШЕНИЕ

Историческая справка
Комбинаторные мотивы можно
заметить еще в символике китайской «Книги
перемен» (V век до н. э.).
В XII в. индийский математик Бхаскара в
своём основном труде «Лилавати» подробно
исследовал задачи с перестановками и
сочетаниями, включая перестановки с
повторениями.

Пример

Размещения
Размещением из n элементов по k
(k n) называется любое множество,
состоящее из любых k элементов, взятых в
определенном порядке из n элементов.
Два размещения из n элементов считаются
различными, если они отличаются самими
элементами или порядком их расположения.
А n(n 1)(n 2) ... (n (k 1))
k
n

Проверь себя

Пример
Сколькими способами из 40 учеников класса
можно выделить актив в следующем составе:
староста, физорг и редактор стенгазеты?
Решение:
Требуется выделить упорядоченные трехэлементные
подмножества множества, содержащего 40
элементов, т.е. найти число размещений без
повторений из 40 элементов по 3.
40!
A=
=38*39*40=59280
37!
3
40

Проверь себя

1. Из семи различных книг выбирают
четыре. Сколькими способами это можно
сделать?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

2. В чемпионате по футболу участвуют
десять команд. Сколько существует
различных возможностей занять
командам первые три места?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

3. В классе изучаются 7 предметов. В среду 4
урока, причем все разные. Сколькими
способами можно составить расписание на
среду?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

Размещения с
повторениями
Размещения с повторениями –
соединения, содержащие n элементов,
выбираемых из элементов m различных
видов (n m) и отличающиеся одно от
другого либо составом, либо порядком
элементов.
Их количество в предположении
неограниченности количества элементов
каждого вида равно

Проверь себя

Пример использования
В библиотеку, в которой есть много
одинаковых учебников по десяти
предметам, пришло 5 школьников,
каждый из которых хочет взять учебник.
Библиотекарь записывает в журнал по
порядку названия (без номера) взятых
учебников без имен учеников, которые их
взяли. Сколько разных списков в журнале
могло появиться?

Историческая справка

Решение задачи
Так как учебники по каждому
предмету одинаковые, и библиотекарь
записывает лишь название (без
номера),то список – размещение с
повторением, число элементов
исходного множества равно 10, а
количество позиций – 5.
Тогда количество разных списков равно
= 100000.
Ответ: 100000

Размещения

Проверь себя!
1. Телефонный номер состоит из 7 цифр.
Какое наибольшее число звонков
неудачник-Петя может совершить
прежде, чем угадает правильный номер.
РЕШЕНИЕ
РЕШЕНИЕ

Пример

Проверь себя!
2. Сколькими способами можно
написать слово, составленное из
четырех букв английского алфавита?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

Проверь себя!
3. В магазине, где есть 4 вида мячей,
решили поставить в ряд 8 мячей. Сколькими
способами можно это сделать, если их
расположение имеет значение?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

Проверь себя!
4. Сколькими способами можно пришить на
костюм клоуна в линию шесть пуговиц
одного из четырех цветов, чтобы получить
узор?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя

Сочетания
Сочетания – соединения, содержащие по
m предметов из n, различающихся друг от
друга по крайней мере одним предметом.
Сочетания – конечные множества, в
которых порядок не имеет значения.

Проверь себя

Сочетания
Формула нахождения количества
сочетаний без повторений:

Проверь себя

Историческая справка
В 1666 году Лейбниц опубликовал "Рассуждения
о комбинаторном искусстве". В своём сочинении
Лейбниц, вводя специальные символы, термины для
подмножеств и операций над ними, находит все k сочетания из n элементов, выводит свойства
сочетаний:
,
,

Проверь себя

Пример использования:
Сколькими способами можно выбрать двух
дежурных из класса, в котором 25 учеников?
Решение:
m = 2 (необходимое количество дежурных)
n = 25 (всего учеников в классе)

Размещения с повторениями

Проверь себя!
1) Сколькими способами можно
делегировать троих студентов на
межвузовскую конференцию из 9 членов
научного общества?
РЕШЕНИЕ

Пример использования

Проверь себя!
2) Десять участников конференции
обменялись рукопожатиями, пожав руку
каждому. Сколько всего рукопожатий было
сделано?
РЕШЕНИЕ

Решение задачи

Проверь себя!
3) В школьном хоре 6 девочек и 4 мальчика.
Сколькими способами можно выбрать из
состава школьного хора 2 девочек и 1 мальчика
для участия в выступлении окружного хора?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя!

4) Сколькими способами можно выбрать 3
спортсменов из группы в 20 человек для
участия в соревнованиях?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя!

5) В классе 10 учебных предметов и 5 разных
уроков в день. Сколькими способами могут
быть распределены уроки в один день?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя!

Сочетания с повторениями
Определение
Сочетаниями с повторениями из m по
n называют соединения, состоящие из n
элементов, выбранных из элементов m
разных видов, и отличающиеся одно от
другого хотя бы одним элементом.
Число сочетаний из m по n
обозначают

Проверь себя!

Сочетания с повторениями
Если из множества, содержащего n элементов, выбирается
поочередно m элементов, причём выбранный элемент
каждый раз возвращается обратно, то количество способов
произвести неупорядоченную выборку – число сочетаний с
повторениями – составляет

Проверь себя!

Историческая справка
Крупнейший индийский математик
Бхаскара Акария (1114–1185) также
изучал различные виды комбинаторных
соединений. Ему принадлежит трактат
"Сидханта–Широмани" ("Венец учения"),
переписанный в XIII в. на полосках
пальмовых листьев. В нём автор дал
словесные правила для нахождения
и
,указав их применения и поместив
многочисленные примеры

Проверь себя!

Пример использования
Задача №1
Сколько наборов из 7 пирожных
можно составить, если в распоряжении
имеются 4 сорта пирожных?
Решение:

Проверь себя!

Пример использования
Задача №2
Сколько костей находится в обычной
игре "домино"?
Решение: Кости домино можно рассматривать как
сочетания с повторениями по две из семи цифр
множества (0,1,2,3,4,5,6).
Число всех таких
сочетаний равно

Проверь себя!

Проверь себя
Задача 1.
В буфете Гимназии продаются 5 сортов
пирожков: с яблоками, с капустой,
картошкой, мясом и грибами. Скольким
числом способов можно сделать покупку из
10 пирожков?
РЕШЕНИЕ

Сочетания

Проверь себя
Задача 2.
В коробке лежат шары трех цветов-
красного, синего и зеленого. Сколькими
способами можно составить набор из двух
шаров?
РЕШЕНИЕ

Сочетания

Проверь себя
Задача 3.
Сколькими способами можно выбрать 4
монеты из четырех пятикопеечных монет и из
четырех двухкопеечных монет?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя
Задача 4.
Сколько будет костей домино,
если в их
образовании использовать все цифры?
РЕШЕНИЕ

Проверь себя
Задача 5.
Палитра юного импрессиониста состоит из 8
различных красок. Художник берет кистью
наугад любую из красок и ставит цветное
пятно на ватмане. Затем берет следующую
кисть, окунает её в любую из красок и делает
второе пятно по соседству. Сколько
различных комбинаций существует для
шести пятен?
РЕШЕНИЕ

Используемая литература
Алгебра и начала математического
анализа.11 класс/ Ю.М.Колягин, М.В.Ткачева,
Н.Е.Федорова, М.И.Шабунин. –
М.:Просвещение, 2011.
Виленкин Н.Я. Комбинаторика. – М., 1969
Виленкин Н.Я. Комбинаторика. – МЦМНО,
2010
ru.wikipedia.org›wiki/История комбинаторики