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
Sformułowanie rygorystyczne i reguła dodawania
Reguła mnożenia (zasadnicza reguła zliczania)
"Jeśli masz sposobów, by zrobić jedną rzecz, i sposobów, by zrobić drugą, to jest sposobów, by zrobić obie." — OpenStax College Algebra 2e, §11.5
Uzasadnienie formalne: zbiór wszystkich sekwencji to iloczyn kartezjański , a (dowód przez indukcję). Reguła mnożenia to dokładnie to twierdzenie.
Reguła dodawania
| Konektyw między etapami | Operacja |
|---|---|
| "I" — etapy sekwencyjne niezależne | mnożenie |
| "LUB" — alternatywy wzajemnie wykluczające | dodawanie |
"Zasada Dodawania mówi, że jeśli są wyniki w zdarzeniu i wyników w zdarzeniu , a i są wzajemnie wykluczające, to są wyniki w zdarzeniu lub ." — OpenStax College Algebra 2e, §11.5
Silnia
Drzewo możliwości
Drzewo decyzji z poziomami graficznie reprezentuje regułę mnożenia: każdy wierzchołek na poziomie generuje dzieci. Całkowita liczba liści to .
Drzewo z 3 etapami na 1. poziomie i 2 na 2. poziomie: 6 liści = 3 × 2. Reguła mnożenia w akcji.
Funkcje i podzbiory via reguła mnożenia
- Całkowita liczba funkcji z : (każdy element z ma niezależnych obrazów).
- Całkowita liczba podzbiorów zbioru z : (każdy element jest zawarty lub wyłączony).
- Funkcje injektywne (): — podstawa wariacji (Lekcja 37).
Przykłady rozwiązane
Exercise list
40 exercises · 10 with worked solution (25%)
- Ex. 36.1Application
Osoba ma 3 koszule i 4 spodnie. Na ile różnych sposobów może wybrać jedną koszulę i jedne spodnie do ubrania się?
- Ex. 36.2ApplicationAnswer key
Menu ma 5 dań głównych, 3 dodatki i 4 desery. Ile różnych posiłków (1 danie + 1 dodatek + 1 deser) jest możliwych?
- Ex. 36.3Application
Ile haseł 3-cyfrowych numerycznych jest możliwych, z dozwolonymi powtórzeniami?
- Ex. 36.4Application
Ile haseł 3-cyfrowych numerycznych jest możliwych jeśli cyfry nie mogą się powtarzać?
- Ex. 36.5Application
Ile liczb całkowitych 4-cyfrowych ma pierwszą cyfrę różną od zera?
- Ex. 36.6ApplicationAnswer key
Tablica pojazdu w starym standardzie ma 3 litery (A-Z) następnie 4 cyfry (0-9), z dozwolonymi powtórzeniami w obu. Ile różnych tablic jest możliwych?
- Ex. 36.7Application
Stowarzyszenie ma 8 członków. Ile różnych kadr prezesa, sekretarza i skarbnika można utworzyć (jedna osoba nie może zajmować dwóch stanowisk)?
- Ex. 36.8Application
Trzy monety są rzucane jednocześnie. Ile różnych wyników jest możliwych?
- Ex. 36.9Application
Dwie zwykłe kostki (ścianami 1 do 6) są rzucane. Ile par uporządkowanych wyników jest możliwych?
- Ex. 36.10Application
Na ile sposobów można ułożyć 5 różnych książek na półce?
- Ex. 36.11ApplicationAnswer key
Ile anagramów (przearanżowań liter) ma słowo AMOR, używając wszystkich 4 liter?
- Ex. 36.12Application
Ile podzbiorów ma zbiór (łącznie zbiór pusty i sam siebie)?
- Ex. 36.13Application
Trzy różne nagrody (1., 2. i 3. miejsce) będą rozprowadzane pośród 5 kandydatów. Każdy kandydat może otrzymać najwyżej jedną nagrodę. Ile różnych podziałów jest możliwych?
- Ex. 36.14Application
Ile ciągów binarnych (sekwencji 0 i 1) długości 10 istnieje?
- Ex. 36.15ApplicationAnswer key
Ile funkcji istnieje?
- Ex. 36.16Application
Liczba 5-cyfrowa jest palindromiczna (palindrom) gdy czytana w obydwu kierunkach jest równa (np.: 12321). Ile palindromicznych liczb 5-cyfrowych istnieje?
- Ex. 36.17Application
Ile sekwencji DNA długości 10 jest możliwych? (Używaj bazy A, T, C, G — 4 bazy.)
- Ex. 36.18Application
Ile liczb 4-cyfrowych z różnymi cyframi (bez powtórzeń) ma pierwszą cyfrę różną od zera?
- Ex. 36.19ApplicationAnswer key
Na ile sposobów można wybrać przedstawiciela i wiceprzedstawiciela różnych w klasie 6 uczniów (kolejność ma znaczenie: reprezentant wiceprzedstawiciel)?
- Ex. 36.20Application
Test Prawda lub Fałsz ma 4 pytania. Ile różnych wzorów odpowiedzi jest możliwych?
- Ex. 36.21ApplicationAnswer key
Ile liczb całkowitych 3-cyfrowych ma środkową cyfrę parzystą (0, 2, 4, 6 lub 8)?
- Ex. 36.22Application
Ile haseł 4-cyfrowych zaczyna się cyfrą 1 i kończy cyfrą 9?
- Ex. 36.23Application
Ile PINów 4-cyfrowych ma wszystkie cyfry różne (bez powtórzeń)?
- Ex. 36.24ApplicationAnswer key
Student może jechać ze szkoły do domu autobusem (3 dostępne linie) lub metrem (2 linie). Na ile różnych sposobów może zrobić trasę?
- Ex. 36.25Understanding
Jeśli i są zbiorami z niepustą częścią wspólną, jaka jest poprawna formuła dla ?
- Ex. 36.26Application
Na konkurencji 6 sportowców rywalizuje o medale złoty, srebrny i brązowy (3 różne pozycje). Na ile sposobów podium może być utworzone?
- Ex. 36.27Application
Ile anagramów (przearanżowań używających wszystkich liter) ma słowo 6 liter, wszystkie różne?
- Ex. 36.28ApplicationAnswer key
Dwie zwykłe kostki (ścianami 1 do 6) są rzucane. Ile par uporządkowanych skutkuje sumą parzystą?
- Ex. 36.29UnderstandingAnswer key
Hasło ma 6 znaków alfanumerycznych (a-z małe lub 0-9), z dozwolonymi powtórzeniami. Napisz wyrażenie dla liczby haseł zawierających przynajmniej jedną cyfrę numeryczną.
- Ex. 36.30Understanding
Ile ścieżek istnieje na płaszczyźnie kartezjańskiej z do , poruszając się tylko prawo lub góra na każdym kroku?
- Ex. 36.31Understanding
Ile liczb całkowitych 3-cyfrowych (między 100 i 999) nie zawiera cyfry 0?
- Ex. 36.32Understanding
W talii 52 kart (26 czerwonych, 26 czarnych; 4 króle razem), ile kart jest czerwonych lub króli? Jaka formuła się stosuje i dlaczego?
- Ex. 36.33Modeling
Algorytm szyfrowania AES-128 używa kluczy 128 bitów (każdy bit to 0 lub 1). Ile różnych kluczy istnieje? Uzasadnij używając reguły mnożenia.
- Ex. 36.34Modeling
Bankomat wymaga PIN 4 cyfr. Ile różnych PINów zaczyna się cyfrą 1?
- Ex. 36.35Modeling
Restauracja oferuje 8 dań: 3 z mięsem i 5 wegetariańskich. Klient wegetarianin wybiera dokładnie 1 danie. Ile opcji ma?
- Ex. 36.36Modeling
Adres sieci IPv4 jest reprezentowany przez 32 bity (każdy bit to 0 lub 1). Ile różnych adresów IPv4 istnieje?
- Ex. 36.37Modeling
5 różnych książek zostanie ułożonych na półce. 2 z tych książek muszą być zawsze razem (obok siebie). Na ile sposobów ułożenie można zrobić?
- Ex. 36.38Modeling
5 różnych książek zostanie ułożonych na półce. Na ile sposobów książki A i B są rozdzielone (nigdy obok siebie)?
- Ex. 36.39UnderstandingAnswer key
Niech ma elementów i ma elementów, z . Określ liczbę funkcji injektywnych . Uzasadnij przez regułę mnożenia.
- Ex. 36.40Challenge
Z 5 różnych książek (A, B, C, D, E) ułożonych na półce, ile ułożeń istnieje gdzie A i B są rozdzielone I C i D są rozdzielone? (Wyzwanie: zastosuj inkluzja-ekskluzja dwa razy.)
Źródła tej lekcji
- OpenStax College Algebra 2e — Jay Abramson i współautorzy · OpenStax · 2022 · EN · CC-BY 4.0 · §11.5 (Counting Principles). Źródło pierwotne.
- Book of Proof, 3rd ed. — Richard Hammack · 2018, 3rd ed. · EN · CC-BY-ND · Cap. 3 (Counting), §3.1 (Multiplication Principle), §3.2 (Lists and Functions). Źródło pierwotne.
- Wikilivros — Matemática elementar / Combinatória — wspólpraca · PT-BR · CC-BY-SA · PFC, fatorial, aplikacje brazylijski.