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趣味数学:通过彩票学数学

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2013-04-08

定义:一般地说,从n个不同元素里,每次取出m (1<=m<=n)个元素, 不管怎样的顺序并成一组,叫做从n个元素里每次取出m个元素的组合。 例如:从3个元素a,b,c里每次取出2个元素的组合,就是指下列三种组合ab,ac,bc。

由组合的定义可以知道,如果两种组合里所含的元素完全一样,只是排列的顺序不同,如ab和ba,那么它们仍是相同的组合。 由此可知,组合和排列是不同的。排列和元素排列的顺序有关,但是组合和这种顺序没有关系。

习题: 1,从2,3,5,7,11,13这六个数中,每次取出3个数相乘。问可以得到多少个不同的积? 2,一分,二分,五分硬币各一枚,一共可以组成多少种不同的币值?

由于组合数的计算公式的推导过程比排列要麻烦,所以我们这里略去复杂的推导过程,直接给出组合数的计算公式。

定义:从n个不同元素中取出m(m<=n)个元素的所有组合的个数,叫做从n个不同元素中取出m个元素的组合数,用C(m,n)表示。

C(m,n)=n*(n-1)*...*(n-m+1) / (1*2*...*m) 当m=n时,C(m,n)=1。

让我们来看下面这个例题: 例:有七个人进行乒乓球比赛,采用单循环制,即每两人之间要进行一场比赛。问共要进行多少场比赛? 解:这个问题等同于从7个不同的元素中选取2个元素的所有组合个数。 所以比赛场数等于C(2,7)=7*...*(7-2+1)/(1*2)=7*6/2=21

组合的推广:

定义1:若r1+r2+......+rk=n,把n个不同的元素分成k个部分,第一部分r1个,第二部分r2个,......,第k部分rk个,则不同的分法有: n! / (r1!*r2!*......*rk!) 种,这里n!叫做n的阶层,它的值为n!= 1*2*......*n ;

定义2:若n个元素中有n1个具有特性“1”, n2个具有特性“2”,......,nk个具有特性“k”,且n1+n2+......+nk= n,从这n个元素中取出r个,使得具有特性“I”的元素有ri个(1<=I<=k),而r1+r2+......+rk=r ,这时不同的取法的总数为: C(r1,n1)*C(r2,n2)*......*C(rk,nk) ,这里要求ri <= ni 。

例:有10个砝码,其重量分别为1克,2克,......,10克,从中取出三个;要求取出的三个砝码,一个小于5克,一个等于5克,一个大于5克。问共有多少种不同的取法? 解:由上述的定义2,我们认为1克-4克的砝码具有特性“1”,5克的砝码具有特性“2”,6克-10克的砝码具有特性“3”。从这10个砝码中取出三个,具有特性“1”、特性“2” 、特性“3”的各取一个,则不同取法总数为: C(1,4)*C(1,1)*......*C(1,5)=4*1*5=20 (种)

排列与组合复合计算:

在了解了排列和组合的基本性质以后,我们可以来计算一些比较复杂的排列,组合的计算题,求解时,必须先确定是排列还是组合问题,然后根据题意列出计算式,求得解答。

例1:课外研究小组共有13个人,其中男同学8人,女同学5人。从这13人里选出3个人准备报告,在选出的3人中至少要有1个女同学。问一共有多少种选法? 解:“至少有有1个女同学”,就是说选出的3个人中,可以有1个女同学,2个女同学,也可以有3个女同学。根据乘法原则: 有1个女同学的选法有C(1,5)*C(2,8) 种; 有2个女同学的选法有C(2,5)*C(1,8) 种; 有1个女同学的选法有C(3,5) 种。 根据加法原则,至少有1个女同学的选法的种数为 C(1,5)*C(2,8)+C(2,5)*C(1,8)+C(3,5)=5*28+10*8+10=230

例2:用0,1,2,3,4,5,6这七个数字组成无重复的四位数中,比1200大的共有多少个? 解:比1200大的四位数,是以下各数组成: 1,千位数字为2,3,4,5,6;这样的四位数有 C(1,5)*P(3,6) 种。 2,千位数字为1,而百位数字为2,3,4,5,6;这样的四位数有 C(1,5)*P(2,5) 种。 根据加法原则,得到 C(1,5)*P(3,6)+C(1,5)*P(2,5)=600+100=700。

对于有些比较复杂的排列组合问题,直接利用乘法原则比较困难,可根据已知条件分为若干类,然后利用加法原则,可求得它们的解。

例如,对生产的一批乒乓球进行质量抽查,结果如下表所示:

抽取球数 n 50 100 200 500 1000 2000 优等品数 m 45 92 194 470 954 1902 m/n 0.90 0.92 0.97 0.94 0.95 0.95

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