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v1 · padrão canônico

第37课 — 排列与组合(有序)

Permutação total Pn = n!. Arranjo A(n,p). Quando a ordem importa.

Used in: 1.º ano EM (15 anos) · Equiv. Math A japonês · Equiv. Klasse 10 alemã

Pn=n!,Anp=n!(np)!P_n = n!, \qquad A_n^p = \frac{n!}{(n-p)!}
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

定义

阶乘

n!=n(n1)(n2)1n! = n \cdot (n-1) \cdot (n-2) \cdots 1。约定:0!=10! = 1

增长:

nnn!n!
5120
103 628 800
202,4×1018\approx 2{,}4 \times 10^{18}
70>10100> 10^{100}
170float64 溢出

斯特林近似:n!2πn(n/e)nn! \approx \sqrt{2\pi n}(n/e)^n

简单全排列

Pn=n!P_n = n!——nn 个不同对象排成一行的方式。

重复排列

nn 个对象中 n1n_1 个 1 型,n2n_2 个 2 型,...,nkn_kkk 型: Pnn1,n2,,nk=n!n1!n2!nk!P_n^{n_1, n_2, \ldots, n_k} = \frac{n!}{n_1! \cdot n_2! \cdots n_k!}

"ARARA"(3 A,2 R)的字谜:5!/(3!2!)=105!/(3! \cdot 2!) = 10

简单有序选择

Anp=n(n1)(n2)(np+1)=n!(np)!A_n^p = n(n-1)(n-2) \cdots (n-p+1) = \frac{n!}{(n-p)!}

nn 个中选 pp 个并排序的方式。

圆排列

nn 物围圆:(n1)!(n-1)!。原因:"首位"是任意的。

排列与有序选择的差别

  • 排列:用所有 nn 个对象。
  • 有序选择:选 pnp \leq n 个并排序。

p=np = n:有序选择与排列重合。

Exercise list

46 exercises · 11 with worked solution (25%)

Application 34Understanding 2Modeling 8Challenge 1Proof 1
  1. Ex. 37.1Application
    5!5!。(答:120120。)
  2. Ex. 37.2Application
    8!/5!8!/5!。(答:336336。)
  3. Ex. 37.3ApplicationAnswer key
    "MAR" 字谜多少?(答:66。)
  4. Ex. 37.4Application
    "CASA" 字谜多少?(答:1212。)
  5. Ex. 37.5ApplicationAnswer key
    "MISSISSIPPI" 字谜多少?(答:3465034\,650。)
  6. Ex. 37.6Application
    A53A_5^3。(答:6060。)
  7. Ex. 37.7ApplicationAnswer key
    A82A_8^2。(答:5656。)
  8. Ex. 37.8Application
    7 候选人中选 4 人队列多少?(答:840840。)
  9. Ex. 37.9Application
    12 运动员中颁 1, 2, 3 名。总?(答:13201\,320。)
  10. Ex. 37.10Application
    {1,2,3,4,5}\{1,2,3,4,5\} 组成 3 位不同数字数?(答:6060。)
  11. Ex. 37.11Application
    验证 7!/(73)!=7657!/(7-3)! = 7 \cdot 6 \cdot 5
  12. Ex. 37.12Application
    n!=720n! = 720。(答:n=6n = 6。)
  13. Ex. 37.13Application
    An2=30A_n^2 = 30。(答:n=6n = 6。)
  14. Ex. 37.14Application
    "CIDADE" 字谜多少?(答:6!/2!=3606!/2! = 360。)
  15. Ex. 37.15Application
    "BANANA"(3 A,2 N,1 B)字谜。(答:6060。)
  16. Ex. 37.16Application
    {0,1,,9}\{0, 1, \ldots, 9\} 中 5 位不同数字密码多少?(答:3024030\,240。)
  17. Ex. 37.17Application
    6 本不同书排在 3 个书架(每架 2 本)的方式多少?
  18. Ex. 37.18Application
    8 人圆桌。多少不同配置?(答:7!=50407! = 5\,040。)
  19. Ex. 37.19ApplicationAnswer key
    nn 人圆排列:证明 (n1)!(n-1)!
  20. Ex. 37.20Application
    "AMOR" 中以 A 开头的字谜多少?(答:66。)
  21. Ex. 37.21Application
    "MATEMATICA"(10 字母:3 A,2 M,2 T,1 E,1 I,1 C)字谜。(答:151200151\,200。)
  22. Ex. 37.22ApplicationAnswer key
    "PROVA" 中以辅音开头的字谜多少?
  23. Ex. 37.23Application
    "AMOR" 中 A 与 O 相邻(此顺序)的字谜。(视 AO 为一块。)
  24. Ex. 37.24Application
    10 学生坐 10 椅。2 朋友想相邻。多少配置?
  25. Ex. 37.25ApplicationAnswer key
    8 人圆桌。2 人想相邻。多少?((答:26!2 \cdot 6! - 视 pair 为一块。))
  26. Ex. 37.26Application
    "LIVRO" 以元音开头的字谜。(答:24!=482 \cdot 4! = 48。)
  27. Ex. 37.27Application
    {1,,9}\{1,\ldots,9\} 4 位不同数字数?(答:9876=30249 \cdot 8 \cdot 7 \cdot 6 = 3\,024。)
  28. Ex. 37.28Application
    {1,2,3,4,5}\{1, 2, 3, 4, 5\} 4 位不同偶数多少?
  29. Ex. 37.29Application
    n!/(n3)!=60n!/(n-3)! = 60。(答:n=5n = 5。)
  30. Ex. 37.30ApplicationAnswer key
    (n+1)!n!=5\frac{(n+1)!}{n!} = 5。(答:n=4n = 4。)
  31. Ex. 37.31Application
    10 名运动员比赛,多少不同前三名?
  32. Ex. 37.32Application
    "FATORIAL" 字谜——所有字母不同?(答:8!=403208! = 40\,320。)
  33. Ex. 37.33Application
    7 张不同卡中选 5 张排队列:A75=2520A_7^5 = 2\,520
  34. Ex. 37.34Application
    n=6,p=3n = 6, p = 3 验证 Anp=nAn1p1A_n^p = n \cdot A_{n-1}^{p-1}
  35. Ex. 37.35Modeling
    足球队:场上 11 名球员。多少不同阵容含位置?(若各位置上球员顺序重要,是排列。)
  36. Ex. 37.36ModelingAnswer key
    8 个无重复小写字母密码:A268A_{26}^8
  37. Ex. 37.37Modeling
    在物流中,10 个包裹的递送顺序:10!10! 路径(TSP)。
  38. Ex. 37.38Modeling
    在纸牌游戏中,52 张牌洗牌:52!8×106752! \approx 8 \times 10^{67}——多于可观测宇宙星辰。
  39. Ex. 37.39ModelingAnswer key
    在 CG 中,100 个多边形渲染顺序:100!100!——只一个是 back-to-front "正确"的。
  40. Ex. 37.40ModelingAnswer key
    在 DNA 中,每个碱基(A, T, C, G)恰出现 2 次的 8 碱基序列:8!/(2!)48!/(2!)^4
  41. Ex. 37.41Modeling
    在群体遗传学中,4 个等位基因的可能顺序 = 4!=244! = 24
  42. Ex. 37.42Modeling
    在 ML 中,置换特征重要性:洗牌一个特征,测预测下降。每个特征多少排列?
  43. Ex. 37.43Understanding
    证明 Anp=nAn1p1A_n^p = n \cdot A_{n-1}^{p-1}
  44. Ex. 37.44UnderstandingAnswer key
    证明 Pn=AnnP_n = A_n^n
  45. Ex. 37.45Challenge
    "AMOR" 中以辅音开头元音结尾的字谜多少?
  46. Ex. 37.46Proof
    用 PFC 证明 Anp=n!/(np)!A_n^p = n!/(n-p)!

本课参考来源

  • Algebra and Trigonometry — Jay Abramson et al. (OpenStax) · 2022, 2ª ed · EN · CC-BY · §11.5: 计数。主要来源。
  • Introduction to Probability — Joseph Blitzstein, Jessica Hwang · 2019, 2nd ed · EN · 免费 · 第1章:计数原理。
  • Book of Proof — Richard Hammack · 2018, 3rd ed · EN · 免费 · 第3章。

Updated on 2026-04-30 · Author(s): Clube da Matemática

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