Lição 36 — Princípio Fundamental da Contagem
PFC: se uma tarefa tem k etapas independentes com n₁, n₂, …, nₖ opções cada, o total de sequências possíveis é o produto. Princípio aditivo, fatorial e aplicações.
Used in: 1.º ano do EM (15 anos) · Equiv. Math A japonês · Equiv. Klasse 10 alemã
Rigorous notation, full derivation, hypotheses
厳密な定義と加法原理
乗法原理(基本計数原理)
"ある事柄をm通りの方法でできて、別の事柄をn通りの方法でできるなら、その両方をする方法はm·n通りあります。" — OpenStax College Algebra 2e, §11.5
正式な正当化:全ての数列の集合はデカルト積であり、(帰納法で証明可能)。基本計数原理はまさにこの定理です。
加法原理
| 段階間の接続詞 | 演算 |
|---|---|
| 「かつ」—— 独立した段階のシーケンス | 乗算 |
| 「または」—— 相互に排他的な選択肢 | 加算 |
"加法原理は、事象Aにおいてm個の結果があり、事象Bにおいてn個の結果があり、AとBが相互に排他的であるなら、事象Aまたはステップに対してm+n個の結果があると述べています。" — OpenStax College Algebra 2e, §11.5
階乗
可能性の樹
k個のレベルを持つ決定樹は基本計数原理を視覚的に表します:レベルiのノードはそれぞれ個の子ノードを生成します。葉の総数はです。
1番目のレベルで3つの段階、2番目のレベルで2つの段階を持つ樹:6枚の葉 = 3 × 2。基本計数原理が動いています。
関数と部分集合を通じた基本計数原理
- の場合、全関数の数:(Aの各要素はn個の独立した像を持つ)。
- の集合の部分集合の総数:(各要素を含めるか除外するか)。
- 単射関数():—— 排列の基礎(レッスン37)。
解いた例
Exercise list
40 exercises · 10 with worked solution (25%)
- Ex. 36.1Application
ある人が3枚のシャツと4本のズボンを持っています。着るためにシャツとズボンを選ぶ何通りの異なる方法がありますか?
- Ex. 36.2ApplicationAnswer key
メニューに5つのメインコース、3つの付け合わせ、4つのデザートがあります。異なる食事(1メイン + 1付け合わせ + 1デザート)は何通り可能ですか?
- Ex. 36.3Application
繰り返しを許可して、3ケタの数値パスワードは何通り可能ですか?
- Ex. 36.4Application
ケタが繰り返さない場合、3ケタの数値パスワードは何通り可能ですか?
- Ex. 36.5Application
最初の桁がゼロではない4ケタの整数はいくつありますか?
- Ex. 36.6ApplicationAnswer key
旧様式のブラジル車ナンバープレートは3つの文字(A-Z)の後に4つのケタ(0-9)が続き、両方で繰り返しが許可されています。何枚の異なるナンバープレートが可能ですか?
- Ex. 36.7Application
協会は8人のメンバーを持っています。会長、秘書、財務担当者の異なるスレートは何個形成できますか(1人は複数の役職を占めることはできません)?
- Ex. 36.8Application
3枚のコインは同時に投げられます。異なる結果は何通り可能ですか?
- Ex. 36.9Application
2つの一般的なサイコロ(面1~6)が投げられます。結果の何個の順序付きペアが可能ですか?
- Ex. 36.10Application
5つの異なる本を本棚に配置する何通りの方法がありますか?
- Ex. 36.11ApplicationAnswer key
単語AMORは、全4文字を使用するアナグラム(文字の再配置)が何個ありますか?
- Ex. 36.12Application
セットは何個の部分集合を持ちますか(空セットとセット自体を含む)?
- Ex. 36.13Application
3つの異なる賞(1位、2位、3位)は5人の候補者に配布されます。各候補者は最大1つの賞を受け取ることができます。何通りの異なる配布が可能ですか?
- Ex. 36.14Application
0と1のシーケンスであるバイナリ文字列は、長さ10のが何個存在しますか?
- Ex. 36.15ApplicationAnswer key
関数は何個存在しますか?
- Ex. 36.16Application
5ケタの数字は、両方向で読むと等しい場合、回文です(例:12321)。何個の5ケタの回文数が存在しますか?
- Ex. 36.17Application
DNA配列は長さ10のが何個可能ですか?(塩基A、T、C、Gを使用—— 4個の塩基)
- Ex. 36.18Application
異なる4ケタ(繰り返しなし)を持つのに、最初のケタがゼロではない数字は何個ですか?
- Ex. 36.19ApplicationAnswer key
異なる代表者と副代表者が6人の生徒のクラスから選ばれることは何通りの方法でできますか(順序が重要:代表者 ≠ 副代表者)?
- Ex. 36.20Application
真偽問題テストは4つの問題があります。異なる応答パターンは何通り可能ですか?
- Ex. 36.21ApplicationAnswer key
3ケタの整数で中間ケタが偶数(0、2、4、6、または8)はいくつありますか?
- Ex. 36.22Application
4ケタのパスワードで、ケタ1で始まり、ケタ9で終わるのは何個ですか?
- Ex. 36.23Application
全ケタが異なる4ケタのPIN(繰り返しなし)は何個ありますか?
- Ex. 36.24ApplicationAnswer key
学生が学校から家に帰ることは、バスで(3つの利用可能な路線)か地下鉄で(2つの路線)できます。移動を何通りの異なる方法でできますか?
- Ex. 36.25Understanding
AとBが空でない交差点を持つセットの場合、の正しい公式は何ですか?
- Ex. 36.26Application
競争では、6人の競技者が金、銀、銅のメダル(3つの異なる位置)を競争させます。ポディウムは何通りの方法で形成できますか?
- Ex. 36.27Application
6文字の単語(全て異なる)は、全文字を使用するアナグラムが何個ありますか?
- Ex. 36.28ApplicationAnswer key
2つの一般的なサイコロ(面1~6)が投げられます。何個の順序付きペアが合計が偶数になりますか?
- Ex. 36.29UnderstandingAnswer key
パスワードは6文字の英数字(a-zの小文字または0-9)で、繰り返しが許可されています。少なくとも1つの数字を含むパスワードの数に対する式を書きます。
- Ex. 36.30Understanding
デカルト平面のからに、各ステップで右または上に移動するのみ何個の経路が存在しますか?
- Ex. 36.31Understanding
100~999の間の3ケタの整数でケタ0を含まないのはいくつありますか?
- Ex. 36.32Understanding
52枚のバラル(26赤、26黒;合計4キング)中、赤またはキングのカードは何個ありますか?どの公式が適用され、そしてなぜですか?
- Ex. 36.33Modeling
暗号化アルゴリズムAES-128は128ビットキーを使用します(各ビットは0または1)。何個の異なるキーが存在しますか?基本計数原理を使用して正当化します。
- Ex. 36.34Modeling
ATMは4ケタのPINを必要とします。ケタ1で始まる異なるPINは何個ですか?
- Ex. 36.35Modeling
レストランが8料理を提供します:3つの肉料理と5つのベジタリアン料理。ベジタリアン顧客は正確に1つの料理を選択します。選択肢は何個ありますか?
- Ex. 36.36Modeling
ネットワークアドレスIPv4は32ビットで表現されます(各ビットは0または1)。何個の異なるIPv4アドレスが存在しますか?
- Ex. 36.37Modeling
5つの異なる本が本棚に配置されます。2つの本は常に一緒(隣)にいる必要があります。何通りの方法で配置できますか?
- Ex. 36.38Modeling
5つの異なる本が本棚に配置されます。AとBが分離(常に隣ではない)何通りの方法でできますか?
- Ex. 36.39UnderstandingAnswer key
m要素のセットAとn要素のセットB、とします。単射関数の数を決定します。基本計数原理で正当化します。
- Ex. 36.40Challenge
5つの異なる本(A、B、C、D、E)が本棚に配置されます。AとBが分離AND CとDも分離された配置は何個存在しますか?(課題:包含-除外を2回適用します。)
この授業の出典
- OpenStax College Algebra 2e —— Jay Abramson他 · OpenStax · 2022 · EN · CC-BY 4.0 · §11.5(計数原理)。主要な出典。
- Book of Proof, 3rd ed. —— Richard Hammack · 2018、第3版 · EN · CC-BY-ND · 第3章(計数)、§3.1(乗法原理)、§3.2(リストと関数)。主要な出典。
- Wikilivros — Matemática elementar / Combinatória —— 協業 · PT-BR · CC-BY-SA · 基本計数原理、階乗、ブラジル応用。