خانه
گاما

درسنامه آموزشی ریاضی (1) کلاس دهم ریاضی و تجربی

فصل ششم: درس 3: ترکیب

بازدید27/4 K
تاریخ بروزرسانی1400/01/25

فعالیت (صفحهٔ ۱۳۳ کتاب درسی)

 

1- همان طور که دیدید، با پنج رقم $1$ ، $2$ ، $3$ ، $4$ و $5$ تعداد $\frac{5!}{(5-3)!}$ عدد سه رقمی با رقم‌های غیرتکراری می‌توان نوشت که عبارت‌اند از:

345 245 235 234 145 135 134 125 124 123
354 254 253 243 154 153 143 152 142 132
435 425 325 324 415 315 314 215 214 213
453 452 352 342 451 351 341 251 241 231
534 524 523 423 514 513 413 512 412 312
543 542 532 432 541 531 431 521 421 321

به شش عدد هر ستون نگاه کنید. چه ویژگی‌ای دارند؟
همگی آنها با سه رقم خاص ساخته شده‌اند. در واقع با جابجایی (جایگشت) 3 رقم خاص از میان پنج عدد 1 و 2 و 3 و 4 و5 به دست آمده‌اند. 
2- با توجه به ستون‌های جدول بالا چگونه می‌توانیم تمام زیر مجموعه‌های سه عضویِ مجموعهٔ $A=\{1,2,3,4,5\}$ را نویسیم؟
این زیر مجموعه‌ها چندتا هستند؟ آنها را بنویسید.
10 زیر مجموعه سه عضوی می‌توان نوشت:

$\{1,2,3\},\{1,2,4\},\{1,2,5\},\{1,3,4\},\{1,3,5\},\{1,4,5\},\{2,3,4\},\{2,3,5\},\{2,4,5\},\{3,4,5\}$

3- چه تفاوتی در فعالیت 1 و 2 وجود داشت که تعداد حالت‌های مورد نظر آنها را متمایز کرد؟
در فعالیت 1 جایگاه سه رقم انتخاب شده از میان 5 عدد مهم است ولی در فعالیت 2 نه.
4- هر ستون در فعالیت 1 چند زیر مجموعهٔ سه عضوی از فعالیت 2 را به دست می‌دهد؟
یک زیر مجموعه سه عضوی.
5- با توجه به فعالیت 4، از تقسیم جواب فعالیت 1 بر چه عددی تعداد زیر مجموعه‌های فعالیت 2 حاصل می‌شود؟ این عدد را چگونه می‌توان به دست آورد؟
با تقسیم جواب فعالیت 1 بر عدد 6 تعداد زیر مجموعه‌های فعالیت 2 حاصل می‌شود. عدد 6 همان تعداد جایگشت‌های 3 عدد مختلف است.

نتیجه: همان طور که مشاهده کردید، در فعالیت 1 ترتیب قرار گرفتن هر سه عدد انتخاب شده در کنار هم اهمیت دارد؛ اما در فعالیت 2 تمام روش چینشِ هر سه عدد انتخاب شده یک زیرمجموعهٔ سه عضوی از مجموعهٔ $A$ را مشخص می‌کند؛ یعنی در واقع هر زیر مجموعهٔ 3 عضوی، یک حالت را مشخص می‌کند و فقط تعداد زیر مجموعه‌های سه عضوی از پنج عضو مورد نظر اهمیت دارد.
از طرفی می‌دانیم تعداد جایگشت‌های $r$ شیء از شیء متمایز برابر است:

$p(n,r)=\frac{n!}{(n-r)!}$

بنابراین با توجه به فعالیت‌های 1 تا 6 تعداد زیر مجموعه‌های $r$ عضوی از n شیء متمایز برابر است با:

$\frac{p(n,r)}{r!}$

به هر انتخاب $r$ شیء از $n$ شیء متمایز که در آن ترتیب انتخاب اهمیت نداشته باشد یا به عبارتی به هر زیر مجموعهٔ $r$ عضوی از یک مجموعه $n$ عضوی، یک ترکیب $r$تایی از $n$ شیء می‌گوییم. تعداد ترکیب‌های $r$تایی از $n$ شیء متمایز را معمولا با $C(n,r)$ یا $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)$ نمایش می‌دهیم و داریم:

$\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)=\frac{n!}{(n-r)!r!}\begin{matrix}
   {} & {} & {}  \\
\end{matrix}(0\le r\le n)$

مثال
از میان شش کتاب مختلف
الف) به چند طریق می‌توانیم چهار کتاب را در یک قفسه کنار هم بچینیم؟
ب) به چند طریق می‌توانیم چهار کتاب را برای هدیه دادن به یک نفر انتخاب کنیم؟
حل:
الف) چون ترتیب چیدن کتاب‌ها در قفسه مهم است لذا جواب برابر است با تعداد جایگشت‌های چهارتایی از شش شیء متمایز؛ یعنی $p(6,4)=\frac{6!}{(6-4)!}=360$
ب) چون ترتیب انتخاب کتاب‌ها اهمیتی ندارد لذا فقط باید تعداد انتخاب‌های چهار شیء از شش شیء متمایز؛ یعنی تعداد زیر مجموعه‌های چهارتایی از شش شیء متمایز را محاسبه کرد که برابر است با:

$\left( \begin{matrix}
   6  \\
   4  \\
\end{matrix} \right)=\frac{6!}{(6-4)!4!}=15$

مثال
در یک دوره مسابقات کشتی از بین 4 داور ایرانی، 3 داور ژاپنی و 2 داور روسی قرار است کمیته‌ای از داوران تشکیل شود. به چند روش می‌توان این کار را انجام داد اگر:
الف) کمیته 4 نفره باشد؟
ب) کمیته 3 نفره باشد و از هر یک از سه کشور یک نفر در کمیته باشد؟
پ) کمیته 5 نفره باشد و دقیقاً دو داور ایرانی داشته باشد؟
ت) کمیته 5 نفره باشد و حداقل 3 داور ایرانی داشته باشد؟
ث) کمیتهٔ 7 نفره باشد و شامل 3 داور ایرانی، 2 داور ژاپنی و 2 داور روسی باشد؟
ج) کمیته 5 نفره باشد و حداقل یک داور ایرانی داشته باشد؟
حل:
الف) چون فرقی ندارد که 4 نفر انتخاب شده از کدام کشور باشند، تنها تعداد زیر مجموعه‌های 4 نفره از این 9 نفر مورد نظر است که برابر است با:

$\left( \begin{matrix}
   9  \\
   4  \\
\end{matrix} \right)=\frac{9!}{5!4!}=\frac{9\times 8\times 7\times 6\times \cancel{5}!}{\cancel{5}!\times 4\times 3\times 2\times 1}=126$

ب) تعداد روش‌های انتخاب یک داور ایرانی برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   4  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=4$. به همین طریق 3 راه برای انتخاب داور ژاپنی و 2 راه برای انتخاب داور روسی وجود دارد. طبق اصل ضرب تعداد روش‌های انجام این کار برابر است با:

$4\times 3\times 2=24$

پ) تعداد راه‌های انتخاب دو داور ایرانی برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   4  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)=6$. حال 3 داور دیگر باید از بین 5 داورِ غیرایرانی انتخاب شوند که به $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=10$ حالت می‌توانند انتخاب شوند. بنابراین طبق اصل ضرب، تعداد روش‌های انجام کار برابر است با:

$6\times 10=60$

ت) در این حالت تعداد داوران ایرانی 3 یا 4 نفر می‌تواند باشد. در حالتی که داوران ایرانی 3 نفر باشند، این داوران به $\left( \begin{matrix}
   4  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=4$ حالت می‌توانند انتخاب شوند. در این صورت دو نفِر دیگر باید از بین 5 داور غیرایرانی انتخاب شوند که این کار به $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)=10$ طریق می‌تواند انجام شود. پس طبق اصل ضرب $10\times 4=40$ روش وجود دارد.
در حالتی که داوران ایرانی 4 نفر باشند، انتخاب این 4 داور به $\left( \begin{matrix}
   4  \\
   4  \\
\end{matrix} \right)=1$ روش صورت می‌گیرد و یک داورِ دیگر باید از بین 5 داور غیرایرانی انتخاب شود که به $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=5$ طریق می‌تواند صورت گیرد. پس طبق اصل ضرب، برای این حالت $5\times 1=5$ روش وجود دارد و جواب کل برابر است با $40+5=45$.
ث) تعداد روش‌های انتخاب 3 داور ایرانی برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   4  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=4$، تعداد روش‌های انتخاب داور ژاپنی برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   3  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)=3$ و تعداد راه‌های انتخاب 2 داور روس برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   2  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)=1$ لذا طبق اصل ضرب، جواب برابر است با: $4\times 3\times 1=12$.
ج) می‌دانیم تعداد کل کمیته‌های 5 نفره که می‌توان انتخاب کرد، برابر است با $\left( \begin{matrix}
  9  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)=126$.
از طرفی این کمیته‌های 5 نفره به دو دستهٔ زیر تقسیم می‌شوند:
دستهٔ اول: حداقل یک ایرانی در آنهاست.
دستهٔ دوم: هیچ داور ایرانی در آنها نیست.
جمع افراد این دو دسته برابر 126 می‌شود و از آنجا که محاسبهٔ دستهٔ دوم آسان‌تراست، کافی است تعداد دستهٔ دوم را محاسبه کنیم و از 126 کم کنیم.
اما تعداد افراد دستهٔ دوم برابر $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)=1$ است. چرا؟
لذا تعداد افراد دستهٔ اول برابر است با: $126-1=125$

غلامرضا تختی، قهرمان جهان
غلامرضا تختی، قهرمان جهان
علیرضا سلیمانی، قهرمان سنگین وزن جهان
علیرضا سلیمانی، قهرمان سنگین وزن جهان

کار در کلاس (صفحهٔ ۱۳۶ کتاب درسی)

 

1- در کدام یک از موارد زیر، ترتیب قرار گرفتن اشیاء اهمیت دارد و باید تعداد جایگشت‌های $r$ از $n$ شیء متمایز مشخص شود و در کدام یک ترتیب قرار گرفتن اشیا اهمیت ندارد و باید تعداد ترکیب‌های $r$تایی از $n$ شیء متمایز مشخص شود؟
 الف) ساختن کلمه‌ای سه حرفی بدون حرف تکراری با 5 حرف متمایز (بامعنی و بی معنی).
ترتیب اشیاء مهم است و تعداد حالت‌ها برابر است با:

$p(5,3)=\frac{5!}{2!}=\frac{120}{2}=60$

ب) انتخاب سه شاخه گل از بین پنج شاخه گل متمایز.
ترتیب انتخاب اهمیتی ندارد و تعداد حالت‌ها برابر است با:
پ) انتخاب یک دفاع چپ، یک دفاع راست و یک دفاع وسط از بین هفت $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=\frac{5!}{3!2!}=10$ 
مدافع که همگی در تمامی پست‌ها توانایی بازی دارند.
ترتیب اشیاء مهم است. زیرا جایگاه افراد مشخص شده است. داریم:

طریق $p(7,3)=\frac{7!}{4!}=7\times 6\times 5=210$

ت) از بین هفت بازیکن دفاعی یک تیم سه نفر قرار است از تیم کنار گذاشته شوند.

$\left( \begin{matrix}
   7  \\
   3  \\
 \end{matrix} \right)=\frac{7!}{4!3!}=35$
طریق

ث) ده نفر در یک دوره مسابقات شرکت خواهند کرد و سه نفر اول به المپیک راه خواهند یافت.
چون جایگاه اهمیتی ندارد و تنها انتخاب سه نفر اول مهم است، پس ترتیب اهمیتی ندارد و داریم:

$\left( \begin{matrix}
   10  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=\frac{10!}{7!3!}=120$

ج) ده نفر در یک مسابقه شرکت کرده‌اند و قرار است به نفرات اول تا سوم به ترتیب مدال‌های طلا، نقره و برنز داده شود.
ترتیب مهم است زیرا جنس مدال‌های نفرات اول تا سوم متفاوت است. بنابراین با مسئله تعداد جایگشت‌های 3 شیء از 10 شیء مواجهیم:

$p(10,3)=\frac{10!}{7!}=10\times 9\times 8=720$

2 در هر کدام از موارد «کار در کلاس 1» تعداد حالت‌های ممکن را بنویسید. (نیاز به ساده کردن جواب نیست)
در کار در کلاس 1 پاسخ داده شد.
3- از میان 8 ریاضی‌دان و 6 فیزیک دان و 5 شیمی دان قرار است کمیته‌ای علمی انتخاب شود. به چند طریق این کمیته می‌تواند انتخاب شود هرگاه:
الف) کمیتهٔ 6 نفره باشد و از هر رشته 2 نفر در آن عضو باشند؟

کمیتهٔ 6 نفره

ب) کمیتهٔ 3 نفره باشد و از هر رشته حداقل یک نفر در آن عضو باشند؟
چون سه رشته مختلف داریم، حداقل یک نفر از هر رشته همان دقیقاً یک نفر از هر رشته است:

کمیتهٔ 3 نفره

پ) کمیتهٔ 2 نفره باشد و حداقل یک ریاضی‌دان در آن باشد؟
(دو ریاضی‌دان) یا (یک غیر ریاضی‌دان) و (یک ریاضی‌دان)= حداقل یک ریاضی‌دان

$\Rightarrow \left( \begin{matrix}
   8  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   11  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   8  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)=8\times 11+28=116$

فعالیت (صفحهٔ ۱۳۶ و ۱۳۷ کتاب درسی)

 

از بین دو مدرس ریاضی، دو مدرس فیزیک و دو مدرس شیمی، قرار است یک کمیتهٔ دو نفره انتخاب شود، به گونه‌ای که دو نفر انتخاب شده هم رشته نباشند. چند حالت برای انجام این کار وجود دارد؟
به جواب‌های چند دانش آموز به سؤال بالا که در زیر آمده است، دقت کنید.
محمد: از دو رشته باید هر کدام یک نفر انتخاب شوند و از رشتهٔ سوم کسی انتخاب نشود؛
لذا سه حالت زیر را می‌توان در نظر گرفت:
ریاضی یک نفر انتخاب شود؛ فیزیک یک نفر انتخاب شود و شیمی کسی انتخاب نشود.

$\left( \begin{matrix}
   2  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   2  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   2  \\
   0  \\
\end{matrix} \right)=2\times 2\times 1=4$

ریاضی یک نفر انتخاب شود؛ فیزیک کسی انتخاب نشود و شیمی یک نفر انتخاب شود.

$\left( \begin{matrix}
   2  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   2  \\
   0  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   2  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=2\times 1\times 2=4$

ریاضی کسی انتخاب نشود؛ فیزیک یک نفر انتخاب شود و شیمی هم یک نفر انتخاب شود.

$\left( \begin{matrix}
   2  \\
   0  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   2  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   2  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=1\times 2\times 2=4$

پس در کل $4+4+4=12$ حالت امکان دارد.
پژمان: می‌توان روش محمد را خلاصه‌تر کرد؛ یعنی در یک مرحله ابتدا تعداد حالت‌های انتخاب دو رشته‌ای را که قرار است از آنها کسی انتخاب شود، محاسبه می‌کنیم که به $\left( \begin{matrix}
   3  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)$ راه امکان دارد. حال از هر کدام از دو رشتهٔ انتخاب شده به دو راه می‌توان یک فرد انتخاب کرد؛ لذا جواب برابر است با : $\left( \begin{matrix}
   3  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)\times 2\times 2=12$.
حمید: ولی به نظر من مستقیماً با اصل ضرب به روش زیر می‌توان آن را حل کرد. اولین فرد انتخاب شونده می‌تواند هر کدام از 6 نفر باشد؛ پس 6 حالت برای انتخاب اولین فرد وجود دارد. اما وقتی اولین فرد انتخاب شد، دومین فردی که قرار است انتخاب شود، نمی‌تواند هم رشتهٔ او باشد؛ پس برای انتخاب دومین فرد چهار راه وجود دارد. بنابراین تعداد کل راه‌های انتخاب برابر $6\times 4=24$ حالت است.
- دو نفر مدرس ریاضی را ${{M}_{1}}$ و ${{M}_{2}}$، دو نفر مدرس فیزیک را ${{P}_{1}}$ و ${{P}_{2}}$، و دو نفر مدرس شیمی را ${{C}_{1}}$ و ${{C}_{2}}$ درنظر بگیرید و تمام حالت‌های ممکن برای آنها را بنویسید و جواب غلط را مشخص کنید. نمودار درختی جواب غلط را بکشید. سپس علت غلط بودن آن را مشخص کنید.

$ \begin{align}
  & \{{{M}_{1}},{{P}_{1}}\},\{{{M}_{1}},{{C}_{1}}\},\{{{M}_{2}},{{P}_{1}}\},\{{{M}_{2}},{{C}_{1}}\},\{{{M}_{1}},{{P}_{2}}\},\{{{M}_{1}},{{C}_{2}}\},\{{{M}_{2}},{{P}_{2}}\} \\ 
 & \{{{M}_{2}},{{C}_{2}}\},\{{{P}_{1}},{{C}_{1}}\}\{{{P}_{2}},{{C}_{1}}\},\{{{P}_{1}},{{C}_{2}}\},\{{{P}_{2}},{{C}_{2}}\}, \\ 
\end{align}$

نمودار درختی

جواب حمید اشتباه است و علت غلط بودنش این است که انتخاب $\{{{C}_{1}},{{M}_{1}}\}$ را با انتخاب $\{{{M}_{1}},{{C}_{1}}\}$ دو حالت مجزا در نظر گرفته است. (برای آنها ترتیب در نظر گرفته است.) بنابراین تعداد جواب‌های او دو برابر تعداد واقعی است.

فعالیت (صفحهٔ ۱۳۷ کتاب درسی)

 

1- می‌دانیم که $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)$ همان تعداد زیر مجموعه‌های $r$تایی از یک مجموعهٔ $n$ عضوی است. حال $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   0  \\
\end{matrix} \right)$ و $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)$ را یک بار با توجه به این تعبیر از $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)$، و یک بار با فرمول، به دست آورید.
$\left( \begin{matrix}
   n  \\
   0  \\
\end{matrix} \right)$
 یعنی تعداد زیر مجموعه­‌های صفر عضوی (بدون عضو) یک مجموعه nعضوی که همان مجموعه تهی می‌­شود و تعداد آن یکی است. $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)$ تعداد زیر مجموعه‌های یک عضوی یک مجموعه $n$ عضوی است که تعداد آن $n$ تا است. پس:

$\left( \begin{matrix}
   n  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=n\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix},\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}\left( \begin{matrix}
   n  \\
   0  \\
\end{matrix} \right)=1$

از نظر فرمولی داریم:

$\left( \begin{matrix}
   n  \\
   0  \\
\end{matrix} \right)=\frac{n!}{(n-0)!0!}=\frac{n!}{n!}=1$  
$\left( \begin{matrix}
   n  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=\frac{n!}{(n-1)!\times 1!}=\frac{n!}{(n-1)!}=n$

2- الف) یک مربی قصددارد از بین بازیکنان شماره‌های 5 و 4 و 3 و 2 و 1، سه نفر را برای رفتن به زمین بازی انتخاب کند. چند حالت برای این کار امکان دارد؟

$\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=\frac{5!}{(5-3)!3!}=\frac{5\times 4}{2}=10$

 حالت امکان پذیر است.

با پرکردن جدول مقابل تمام حالات را نمایش دهید.

به زمین نمی‌روند. به زمین می‌روند.
$4,5$ $1,2,3$
$3,5$ $1,2,4$
$3,4$ $1,2,5$
$1,5$ $2,3,4$
$1,4$ $2,3,5$
$1,2$ $3,4,5$
$2,5$ $1,3,4$
$2,4$ $1,3,5$
$1,3$ $2,4,5$
$2,3$ $1,4,5$

ب) این بار این مربی قصد دارد از بین همان بازیکنان دو بازیکن انتخاب کند که روی نیمکت بنشینند. چه انتخاب‌هایی دارد؟
$\left( \begin{matrix}
   5  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)$ حالت امکان ندارد.

$\begin{align}
  & \{4,5\},\{3,5\},\{3,4\},\{1,5\},\{1,4\} \\ 
 & \{1,2\},\{2,5\},\{2,4\},\{1,3\},\{2,3\} \\ 
\end{align}$

پ) بین تعداد انتخاب‌های $\left( \begin{matrix}
  5  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)$ و $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)$ چه رابطه‌ای هست؟ چگونه این رابطه را توجیه می‌کنید؟
$\left( \begin{matrix}
   5  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)$ و $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)$ با هم برابرند. دلیل برابری این دو این است که $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)$ یعنی تعداد انتخاب‌های 3 شیء از میان 5 شیء متمایز که این با تعداد روش‌های حذف 2 شیء از میان همان 5 شیء متمایز یعنی $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)$ هم معنی است و برابر است.

ت) درستی تساوی $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)=\left( \begin{matrix}
   n  \\
   n-r  \\
\end{matrix} \right)$ را یک بار با استفاده از توجیه بالا و یک بار با استفاده از فرمول بررسی کنید.
دلیل برابر این است که روش انتخاب $r$ شیء از میان $n$ شیء با روش حذف $(n-r)$ شیء از میان $n$ شیء یکی است.

$\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)=\frac{n!}{(n-r)!r!}\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix},\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}\left( \begin{matrix}
   n  \\
   n-r  \\
\end{matrix} \right)=\frac{n!}{(n-(n-r)!(n-r)!}=\frac{n!}{r!(n-r)!}\Rightarrow \left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)=\left( \begin{matrix}
   n  \\
   n-r  \\
\end{matrix} \right)$

3- جاهای خالی را پرکنید.
الف) تعداد زیر مجموعه‌های 5 عضوی از مجموعه حروف انگلیسی برابر است  با: $\left( \begin{matrix}
   26  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)$

ب) تعداد زیر مجموعه‌های 5 عضوی از مجموعه حروف انگلیسی که حرف $a$ در آنها هست برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   25  \\
   4  \\
\end{matrix} \right)$

حرف $a$ انتخاب شده است، پس از بین 25 حرف باقی مانده باید 4 حرف دیگر انتخاب کنیم.
پ) تعداد زیر مجموعه‌های 5 عضوی از مجموعه حروف انگلیسی که حرف $a$ در آنها نیست برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   26  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)$

حرف $a$ را از 26 حرف حذف می‌کنیم و از باقی‌مانده 5 حرف انتخاب می‌کنیم.
ت) بنابراین: $\left( \begin{matrix}
   26  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)=\left( \begin{matrix}
   25  \\
   4  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   25  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)$

4- فرض کنیم $A$ یک مجموعهٔ $n$ عضوی و $a$ یکی از اعضای آنها باشد. $(a\in A)$
الف) تعداد زیر مجموعه‌های $r$ عضوی مجموعهٔ $A$ برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)$

ب)  تعداد زیر مجموعه‌های $r$ عضوی $A$ که  $a$ در آنها هست برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   n-1  \\
   r-1  \\
\end{matrix} \right)$

پ)  تعداد زیر مجموعه‌های $r$ عضوی $A$ که $a$ در آنها نیست برابر است با: $\left( \begin{matrix}
   n-1  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)$

ت) بنابراین: $\left( \begin{matrix}
   n  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)=\left( \begin{matrix}
   n-r  \\
   r-1  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   n-r  \\
   r  \\
\end{matrix} \right)$

تمرین (صفحهٔ ۱۳۹ و ۱۴۰ کتاب درسی)

 

1- یک فروشندهٔ تنقلات در فروشگاه خود، پسته، بادام، گردو، تخمهٔ کدو، تخمهٔ ژاپنی، نخودچی و کشمش دارد. از نظر او در یک آجیل حداقل پنج نوع از تنقلات فوق باید وجود داشته باشد. او با تنقلات موجود در فروشگاهش چند نوع آجیل می‌تواند درست کند؟
او می‌­تواند 21 نوع آجیل درست کند:

$\left( \begin{matrix}
   7  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)=\frac{7!}{2!5!}=21$

2- یک اداره دارای 18 عضو است. این اداره دارای 1 رئیس، 3 معاون، 2 حسابدار، 6 کارشناس اداری، 3 کارمند کارگزینی و 3 کارشناس امور حقوقی است. این اداره ماهانه باید جلسه‌ای 5 نفره جهت بررسی و تصویب آخرین طرح‌های پیشنهادی برگزار کند. به چند طریق این گروه 5 نفره می‌تواند انتخاب شود، هرگاه:
الف) رئیس و دقیقاً یک کارشناس امور حقوقی در جلسه باشند؟

فرمول رئیس و دقیقاً یک کارشناس امور حقوقی در جلسه

ب) رئیس و دقیقاً یک معاون و یک کارشناس امور حقوقی در جلسه باشند؟

فرمول رئیس و دقیقاً یک معاون و یک کارشناس امور حقوقی

پ) رئیس و دقیقاً یک معاون، یک حسابدار و یک کارشناس امور حقوقی در جلسه باشند؟

فرمول  رئیس و دقیقاً یک معاون، یک حسابدار و یک کارشناس امور حقوقی در جلسه

3- در یک کلاس تعدادی از دانش آموزان که همگی دارای شرایط علمی خوبی‌اند، داوطلب حضور در مسابقات علمی مدرسه هستند. معلم قصد دارد 2 نفر را به تصادف انتخاب کند. او این دو نفر را به 28 روش می‌تواند از بین داوطلبان انتخاب کند. تعداد داوطلبان چند نفر بوده است؟
فرض کنیم تعداد افراد داوطلب n نفر بوده است:

$\left( \begin{matrix}
   n  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)=28\Rightarrow \frac{n!}{(n-2)!2!}=28\Rightarrow \frac{n(n-1)}{2}=28\Rightarrow n(n-1)=56$

حاصل ضرب دو عدد طبیعی متوالی 56 شده است. یکی 7 و دیگری 8 است. پس $n=8$ است. یعنی تعداد داوطلبان 8 نفر است.
4- گل فروشی در فروشگاه خود 10 نوع گل مختلف دارد. او در هر دسته گل از 3 تا 5 شاخه گل متمایز قرار می‌دهد. او چند دسته گل مختلف می‌تواند درست کند؟
دسته‌های گل فروش 3 شاخه گل یا 4 شاخه گل یا 5 شاخه گل دارند. پس داریم:

تعداد روش‌های ساختن دسته گل
$=\left( \begin{matrix}
   10  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   10  \\
   4  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   10  \\
   5  \\
\end{matrix} \right)=120+210+252=582$

 

او 582 دسته گل مختلف می‌­تواند درست کند.
5- یک نقاش قوطی‌هایی از 4 رنگ قرمز، آبی، زرد و مشکی دارد. اگر او با ترکیب دو یا چند قوطی از رنگ‌های متمایز بتواند دقیقاً یک رنگ جدید به دست آورد، او چند رنگ می‌تواند داشته باشد؟
تعداد کل رنگ‌های مختلف ترکیبی= ترکیب 4 رنگ یا ترکیب 3 رنگ یا ترکیب 2 رنگ

15 رنگ مختلف $\left( \begin{matrix}
   4  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   4  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   4  \\
   4  \\
\end{matrix} \right)=6+4+1=11\Rightarrow 11+4=15$

چرا با اینکه در کارهای هنری فقط از همین 4 رنگ استفاده می‌شود، اما تعداد رنگ‌های حاصل بیشتر از جواب شماست؟
چون نسبت مقدار هر رنگ به رنگ‌های دیگر در هر ترکیب روی نوع رنگ حاصل تأثیر دارد و آن را تغییر می‌دهد.
6- هفت نقطهٔ $A$ و $B$ و $C$ و‌ $D$ و $E$ و $F$ و $G$ و روی محیط یک دایره قرار دارند. چند مثلث مختلف می‌توان کشید که رئوس آن از این هفت نقطه انتخاب شده باشند؟
با انتخاب هر 3 نقطه از بین این هفت نقطه می‌توان یک مثلث ایجاد کرد. پس تعداد مثلث‌ها $\left( \begin{matrix}
   7  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)$ تاسات یعنی 35 مثلث می‌توان کشید.

$\left( \begin{matrix}
   7  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=\frac{7!}{(7-3)!3!}=\frac{7\times 6\times 5}{3!}=35$

7- یک آشپز ده نوع ادویه دارد. او با استفاده از هر 3 تا از این ادویه‌ها یک طعم مخصوص درست می‌کند. این آشپز چند طعم می‌تواند درست کند هرگاه:
الف) هیچ محدودیتی در استفاده از ادویه ها نداشته باشد؟ نوع $\left( \begin{matrix}
   10  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=120$

ب) دو نوع ادویه هستند که با هم نمی‌توانند استفاده شوند؟
روش اول: از کل انواع ادویه‌های قابل ساختن، ادویه‌هایی که این دو نوع با هم در ساخت آن نقش داشته‌اند را حذف می‌کنیم.

 کل ادویه‌ها
$\left( \begin{matrix}
   10  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)=120$

112 ادویه ساخته می‌شود. $=\left( \begin{matrix}
   8  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=8\Rightarrow 120-8=112$ ادویه‌هایی که آن دو نوع خاص در آن باشند.

روش دوم:
دو ادویه‌ای که نمی‌توانند با هم ترکیب شوند را جدا می‌کنیم، پس یا دو ادویه در ترکیب نیستند، یا فقط یکی از آنها در ترکیب هست:

$\left( \begin{matrix}
   8  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   8  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)\left( \begin{matrix}
   2  \\
   1  \\
\end{matrix} \right)=\frac{8\times 7\times 6}{3\times 2}+\frac{8\times 7}{2}\times 2=56+56=112$

پ) سه ادویه هستند که نباید هر سه با هم استفاده شوند؟
از کل ادویه‌های ممکن ادویه‌ای که با این سه تا ساخته می‌شود را حذف می‌کنیم:

$\left( \begin{matrix}
   10  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)-1=120-1=119$

ت) ادویه‌ها به 2 دسته 5 تایی تقسیم می‌شوند که هیچ یک از ادویه‌های دسته اول با هیچ یک از ادویه‌های دسته دوم سازگاری ندارند؟

فرمول ادویه‌ها

8- مسئله‌ای طرح کنید که جواب آن برابر باشد با:
الف) $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)\times \left( \begin{matrix}
   6  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)$
درون کیسه‌ای 5 مهره قرمز و 6 مهره آبی قرار دارد. به چند طریق می‌توان 5 مهره از این کیسه خارج کرد به طوری که 3 تا قرمز و 2 تا آبی باشد؟
ب) $\left( \begin{matrix}
   5  \\
   3  \\
\end{matrix} \right)+\left( \begin{matrix}
   6  \\
   2  \\
\end{matrix} \right)$
تیم فوتبال $A$ برای تکمیل شدن می‌تواند با دو دفاع وسط یا 3 هافبک دیگر قرارداد امضا کند. اگر 5 هافبک و 6 دفاع وسط در لیست این تیم باشند، به چند طریق این تیم تکمیل می‌شود؟

درس 3: ترکیب