Kombinatoryka
5. Liczenie liczb

J. Tuwim, Rachunek (fragment), z tomiku Wiersze zebrane, (1935)
Liczą mnie jacyś przez noc całą,
Piszą i piszą, a wciąż mało...
Skacze pokraczny szyfr.
Już jestem słaby i zmęczony,
Piszą biliony, kwadryliony,
Roi się szereg nieskończony
Cyfr...
Wokół wszyscy liczą i liczą – czas, pieniądze, średnią ocen, dni do wakacji...
My też będziemy liczyć – tym razem nic innego, tylko liczby. Liczenie liczb może wydać Ci się nieco dziwne, więc potraktuj proponowane tu zadania jako powtórzenie wiadomości z kombinatoryki i wprawka przed zadaniami z rachunku prawdopodobieństwa.
Określisz liczbę liczb spełniających dane warunki.
Wykorzystasz aparat kombinatoryczny do wyznaczania liczby zdarzeń elementarnych w doświadczeniach „z liczbami”.
Stworzysz model matematyczny problemu z kontekstem realistycznym.
Chcąc określić liczbę wszystkich wyników doświadczenia losowego „na tworzenie liczb spełniających określone warunki” lub chcąc określić liczbę zdarzeń sprzyjających danemu zdarzeniu w doświadczeniu związanym z liczbami, najczęściej korzystamy ze wzorów kombinatorycznych, które przypominamy poniżej, a także reguł dodawania i mnożenia.
Wzory kombinatoryczne | |
|---|---|
Opis wzoru | Wzór |
Liczba permutacji zbioru –elementowego. | |
Liczba –elementowych wariacji bez powtórzeń zbioru –elementowego. | |
Liczba –elementowych wariacji z powtórzeniami zbioru –elementowego. | |
Obliczymy, ile jest:
liczb dwucyfrowych o różnych cyfrach, w których nie występuje cyfra .
Rozwiązanie: Zliczanie rozkładamy na dwa etapy:
zapisanie cyfry dziesiątek ( możliwości),
zapisanie cyfry jedności, różnej od cyfry dziesiątek ( możliwości).
Zatem szukanych liczb dwucyfrowych o różnych cyfrach, w których nie występuje cyfra , jest
. Wybory i wszystkie utworzone w ich wyniku liczby można przedstawić w tabeli.
liczb trzycyfrowych o różnych cyfrach, w których nie występuje ani cyfra , ani cyfra .
Rozwiązanie: Zliczanie rozkładamy na trzy etapy:
zapisanie cyfry setek ( możliwości),
zapisanie cyfry dziesiątek, różnej od cyfry setek ( możliwości),
zapisanie cyfry jedności, różnej od cyfry setek i od cyfry dziesiątek ( możliwości).
Zatem szukanych liczb trzycyfrowych o różnych cyfrach, w których nie występuje ani cyfra , ani cyfra , jestliczb czterocyfrowych o różnych cyfrach, w zapisie których nie występuje żadna z cyfr: ,,.
Rozwiązanie: Zliczanie rozkładamy na cztery etapy:
zapisanie cyfry tysięcy ( możliwości),
zapisanie cyfry setek, różnej od cyfry tysięcy ( możliwości),
zapisanie cyfry dziesiątek, różnej od cyfry tysięcy i od cyfry setek ( możliwości),
zapisanie cyfry jedności, różnej od każdej z trzech cyfr zapisanych wcześniej ( możliwości),
Zatem szukanych liczb czterocyfrowych o różnych cyfrach, w zapisie których nie występuje żadna z cyfr: , , , jestliczb pięciocyfrowych o różnych cyfrach, w zapisie których występują wyłącznie cyfry , , , , , , .
Zliczanie rozkładamy na pięć etapów:
zapisanie cyfry dziesiątek tysięcy ( możliwości),
zapisanie cyfry tysięcy, różnej od cyfry dziesiątek tysięcy ( możliwości),
zapisanie cyfry setek, różnej od cyfr: tysięcy oraz dziesiątek tysięcy ( możliwości),
zapisanie cyfry dziesiątek, różnej od każdej z trzech cyfr zapisanych wcześniej ( możliwości),
zapisanie cyfry jedności, różnej od każdej z czterech cyfr zapisanych wcześniej ( możliwości).
Zatem szukanych liczb pięciocyfrowych o różnych cyfrach, w zapisie których występują wyłącznie cyfry , , , , , , , jest:
Obliczymy, ile jest liczb naturalnych czterocyfrowych, w których zapisie nie występuje , jest dokładnie jedna cyfra i dokładnie jedna cyfra nieparzysta.
Rozwiązanie.
Podzielmy zbiór jak poniżej, zgodnie z warunkami podanymi w zadaniu.
cyfry do wyboru | cyfra | cyfry nieparzyste | pozostałe cyfry |
|---|---|---|---|
elementów | element | elementów | elementy |
Najpierw wybierzemy dwa miejsca, na których ustawimy odpowiednio: cyfrę oraz cyfrę nieparzystą.
Takich możliwości jest więc , bo wybieramy te dwa miejsca bez powtórzeń (Pierwszą liczbę możemy wstawić na cztery sposoby, a drugą na trzy).
W każdym z tych przypadków pozostaje nam wstawić konkretne cyfry w trzy miejsca (cyfra swoje miejsce już zajęła):
w miejsce przeznaczone dla cyfry nieparzystej możemy wstawić cyfrę ze zbioru – jest takich możliwości,
w dwa pozostałe miejsca; w każde z nich musimy wstawić cyfrę parzystą ze zbioru – jest takich możliwości.
Zatem w sumie mamy rozłącznych przypadków wyboru miejsc dla cyfr wyróżnionych w treści zadania , a w każdym z nich mamy możliwości wstawienia odpowiednich cyfr.
Korzystając z reguły mnożenia, ostatecznie otrzymujemy
liczb naturalnych czterocyfrowych, w których zapisie nie występuje , jest dokładnie jedna cyfra i dokładnie jedna cyfra nieparzysta.
Uwaga. Powyższe zliczanie możemy też rozłożyć na trzy etapy:
wybór miejsca dla cyfry i zapisanie tej cyfry ( możliwości),
wybór miejsca dla cyfry nieparzystej i zapisanie tej cyfry ( możliwości),
zapisanie cyfr na pozostałych dwóch miejscach ( możliwości).
Ponieważ wyborów tych dokonujemy niezależnie, to korzystając z reguły mnożenia, obliczamy, że szukanych liczb jest
Obliczymy ile jest liczb pięciocyfrowych w których cyfry:
nie mogą się powtarzać,
mogą się powtarzać.
Rozwiązanie:
Liczbą pięciocyfrową można traktować jako pięciowyrazowy ciąg utworzony ze zbioru dziesięciu cyfr.
Wszystkich takich liczb jest więc:
Wśród rozważanych ciągów są też takie, które mają na początku .
Zatem wszystkich liczb pięciocyfrowych o niepowtarzających się cyfrach jest
.Chcąc utworzyć liczbę pięciocyfrową, w której cyfry mogą się powtarzać, mamy sposobów wyboru cyfry dziesiątek tysięcy (cyfrą dziesiątek tysięcy nie może być zero). Na każdym z pozostałych miejsc może stać jedna z dziesięciu cyfr.
Korzystamy z reguły mnożeniareguły mnożenia i wyznaczmy liczbę liczb:
Odpowiedź:
Liczb pięciocyfrowych o niepowtarzających się cyfrach jest , a o powtarzających się cyfrach jest .
Ustalimy, ile dodatnich dzielników całkowitych ma każda z liczb: , oraz .
Rozwiązanie:
Skorzystamy z zapisu każdej z tych liczb w postaci rozkładu na czynniki pierwsze.
Ponieważ , więc każdy dodatni czynnik całkowity liczby jest liczbą postaci , przy czym jest liczbą ze zbioru , natomiast jest liczbą ze zbioru . Zauważmy, że wybór dzielnika liczby polega na wykonaniu dwóch czynności: wyborze wykładnika dla czynnika – co można zrobić na sposoby, a następnie na wyborze wykładnika dla czynnika – co można zrobić na sposoby.
Korzystając z reguły mnożenia, stwierdzamy, że ma dzielników, które przedstawia poniższa tabela.
Ponieważ , więc każdy dodatni czynnik całkowity liczby jest liczbą postaci , przy czym jest liczbą ze zbioru , jest liczbą ze zbioru , natomiast jest liczbą ze zbioru . Zauważmy, że wybór dzielnika liczby polega na wykonaniu trzech czynności, z których pierwsza może skończyć się na jeden z sposobów, druga – na jeden z sposobów, a trzecia – na jeden z sposobów.
Jeżeli najpierw rozpatrzymy wszystkie przypadki związane z wykonaniem dwóch pierwszych czynności (jest ich ), a następnie wykonamy trzecią czynność, to dostaniemy możliwości.
Korzystając z reguły mnożenia, stwierdzamy, że ma dodatnie dzielniki całkowite, które przedstawia poniższa tabela.
Ponieważ , więc każdy dodatni czynnik całkowity liczby jest liczbą postaci , przy czym każda z liczb , , , wybierana jest ze zbioru .
Zauważmy, że wybór dzielnika liczby polega na wykonaniu czterech czynności, z których każda może skończyć się na jeden z sposobów.
Korzystając z reguły mnożenia, stwierdzamy, że ma dzielników.
Obliczymy sumę wszystkich liczb dwucyfrowych zapisanych wyłącznie za pomocą cyfr , , , , (cyfry mogą się powtarzać).
Rozwiązanie:
Wszystkich liczb dwucyfrowych zapisanych wyłącznie za pomocą cyfr , , , , jest dokładnie tyle, ile dwuelementowych ciągów , gdzie oraz to liczby wybrane ze zbioru , z powtórzeniami. Jest ich zatem .
Sumę tych wszystkich liczb obliczymy dwoma sposobami.
sposób
Wypisujemy wszystkie liczby w tabeli, przy czym elementy , pary to dla konkretnej liczby odpowiednio cyfra dziesiątek oraz cyfra jedności.
Sumujemy liczby dwucyfrowe w kolejnych wierszach. Zauważamy przy tym, że:
wszystkie liczby występujące w tym samym wierszu mają tę samą cyfrę dziesiątek,
cyfry jedności tych liczb są różnymi liczbami ze zbioru .
Suma: | ||||||
Suma: | ||||||
Suma: | ||||||
Suma: | ||||||
Suma: | ||||||
razem |
Na koniec dodajemy wszystkie otrzymane sumy i otrzymujemy
Oznacza to, że suma wszystkich liczb dwucyfrowych zapisanych wyłącznie za pomocą cyfr
sposób
II
Oznaczmy przez
Podobnie jak poprzednio wypisujemy wszystkie liczby w tabeli, przy czym do każdej z nich dopisujemy teraz drugą liczbę dwucyfrową, w następujący sposób: do liczby opisanej przez parę
Zauważmy, że:
istnieje wzajemnie jednoznaczne przyporządkowanie: liczby wyznaczonej przez parę
do liczby wyznaczonej przez paręc 1 , c 2 , a ponadto suma takich dwóch liczb jest w każdym przypadku równa6 - c 1 , 6 - c 2 ,66 każda z liczb dwucyfrowych zapisanych wyłącznie za pomocą cyfr
,1 ,2 ,3 ,4 jest przyporządkowana do dokładnie jednej pary5 , gdzie6 - c 1 , 6 - c 2 orazc 1 to liczby wybrane ze zbioruc 2 .1 , 2 , 3 , 4 , 5
Oznacza to, że dodając wszystkie liczby dwucyfrowe wpisane w ten sposób do tabeli:
dodamy sumy par liczb wpisanych w
komórkach tabeli, czyli25 razy liczbę25 ,66 dokładnie dwa razy obliczymy każdy składnik sumy
.S
Stąd
a więc
Animacje
Zapoznaj się z filmem, który pokazuje jak można wykorzystać permutacje do zliczania ilości liczb spełniających określone warunki.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R16e634rqyVFf
Film nawiązujący do treści materiału dotyczącego liczenia liczb.
Wykorzystując informacje zawarte w filmie oblicz, ile wyrazów (mających sens lub nie) można utworzyć ze wszystkich liter słowa:
L I T E R A L I T E R A T A P A R A T U R A
Zapoznaj się z filmem, który pokazuje zastosowania wariacji z powtórzeniami do wyznaczania liczby liczb spełniających określone warunki.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RxT7yIYJt98SV
Film nawiązujący do treści materiału dotyczący liczenia liczb.
Oblicz, ile istnieje parzystych liczb pięciocyfrowych, które są podzielne przez
jeżeli cyfry w tej liczbie nie mogą się powtarzać,
jeżeli cyfry w tej liczbie mogą się powtarzać,
jeżeli cyfry w tej liczbie nie mogą się powtarzać oraz liczba ta jest mniejsza niż
.5000
Zestaw ćwiczeń interaktywnych
Uzupełnij rozwiązanie zadania, wpisując odpowiednie liczby naturalne. Niech A będzie zbiorem liczb naturalnych dodatnich mniejszych od tysiąc jeden podzielnych przez trzy. Niech B będzie zbiorem liczb naturalnych dodatnich mniejszych od tysiąc jeden podzielnych przez pięć. Niech C będzie zbiorem liczb naturalnych dodatnich mniejszych od tysiąc jeden podzielnych przez trzy, ale niepodzielnych przez pięć. Wtedy: miara zbioru A równa się Tu uzupełnij miara zbioru B równa się Tu uzupełnij Zbiór A iloczyn zbiorów B składa się z liczb podzielnych przez Tu uzupełnij. miara zbioru A razy B równa się Tu uzupełnij miara zbioru C równa się miara zbioru A odjąć miarę zbioru A razy B równa się Tu uzupełnij minus Tu uzupełnij równa się Tu uzupełnij
Oblicz, ile jest liczb naturalnych sześciocyfrowych, których suma cyfr jest równa
Oblicz, ile jest liczb trzycyfrowych, które w dzieleniu przez
Słownik
jeżeli wynik pewnego doświadczenia losowego zależy od kolejno podejmowanych
gdzie: