Kombinatorika. Michael Krbek. 1. Základní pojmy. Kombinatorika pracuje se spočitatelnými (tedy obvykle

Podobné dokumenty
Kombinatorika. November 12, 2008

IB112 Základy matematiky

KOMBINATORIKA. 1. cvičení

Teorie. Kombinatorika

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Kombinatorika, pravděpodobnost a statistika, Posloupnosti a řady

a) 7! 5! b) 12! b) 6! 2! d) 3! Kombinatorika

Diskrétní matematika. DiM /01, zimní semestr 2016/2017

Komplexní čísla, Kombinatorika, pravděpodobnost a statistika, Posloupnosti a řady

Jevy A a B jsou nezávislé, jestliže uskutečnění jednoho jevu nemá vliv na uskutečnění nebo neuskutečnění jevu druhého

kombinatorika září, 2015 Kombinatorika Opakovací kurz 2015 Radka Hájková

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

( n) ( ) ( ) Kombinatorické úlohy bez opakování. Předpoklady: 9109

Matematika PRŮŘEZOVÁ TÉMATA

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

KOMBINATORIKA (4.ročník I.pololetí DE, 2.ročník I.pololetí NS)

DIGITÁLNÍ ARCHIV VZDĚLÁVACÍCH MATERIÁLŮ

Učební plán 4. letého studia předmětu matematiky. Učební plán 6. letého studia předmětu matematiky

Diskrétní matematika. DiM /01, zimní semestr 2018/2019

Požadavky k opravným zkouškám z matematiky školní rok

Kombinatorika. Irina Perfilieva. 19. února logo

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

5 Pravděpodobnost. Sestavíme pravděpodobnostní prostor, který modeluje vytažení dvou ponožek ze šuplíku. Elementární jevy

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2016

Kapitola 1. Relace. podle definice podmnožinou každé množiny. 1 Neříkáme už ale, co to je objekt. V tom právě spočívá intuitivnost našeho přístupu.

28.ročník. Milý řešiteli!

Maturitní témata profilová část

Pravděpodobnost a statistika

Při určování počtu výběrů skupin daných vlastností velmi často používáme vztahy, ve kterých figuruje číslo zvané faktoriál.

TEMATICKÝ PLÁN VÝUKY

Maturitní témata z matematiky

KOMBINATORIKA. 1. cvičení

Motivační úloha: Určete počet přirozených dvojciferných čísel, v jejichž dekadickém zápisu se každá, vyskytuje nejvýše jednou.

Pravděpodobnost a statistika (BI-PST) Cvičení č. 2

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

0 KOMBINATORIKA OPAKOVÁNÍ UČIVA ZE SŠ. Čas ke studiu kapitoly: 30 minut. Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět použít

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

Figurální čísla, Pascalův trojúhelník, aritmetické posloupnost vyšších řádů

Pravděpodobnost a aplikovaná statistika

Dodatek č. 3 ke školnímu vzdělávacímu programu. Strojírenství. (platné znění k )

1 Lineární prostory a podprostory

Kombinatorika. Kopírování a jakékoliv další využití výukového materiálu je povoleno pouze s uvedením odkazu na

Matematika III. 24. září Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. Matematika III

Základní vlastnosti kombinačních čísel

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Hlavolamy a teorie grafů

Maturitní okruhy z matematiky - školní rok 2007/2008

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Náhodný pokus Náhodným pokusem (stručněji pokusem) rozumíme každé uskutečnění určitého systému podmínek resp. pravidel.

10. DETERMINANTY " # $!

10. Soustavy lineárních rovnic, determinanty, Cramerovo pravidlo

Náhodné jevy. Teorie pravděpodobnosti. Náhodné jevy. Operace s náhodnými jevy

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík. Zpracováno dle učebního textu R. Bělohlávka: Úvod do informatiky, KMI UPOL, Olomouc 2008.

0.1 Úvod do lineární algebry

Jevy, které za daných podmínek mohou, ale nemusí nastat, nazýváme náhodnými jevy. Příklad: při hodu hrací kostkou padne trojka

Základním pojmem v kombinatorice je pojem (k-prvková) skupina, nebo také k-tice prvků, kde k je přirozené číslo.

Kombinatorický předpis

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2014

Přijímací zkouška na MFF UK v Praze

Pojem binární relace patří mezi nejzákladnější matematické pojmy. Binární relace

CZ 1.07/1.1.32/

5.1. Klasická pravděpodobnst

Pravděpodobnost a statistika (BI-PST) Cvičení č. 4

Další vlastnosti kombinačních čísel

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2016

Tematický plán Obor: Informační technologie. Vyučující: Ing. Joanna Paździorová

Matematická analýza pro informatiky I.

XV. ročník BRKOS 2008/2009. Vzorové řešení 3. série. Teorie čísel

Faktoriály a kombinační čísla

4 Pojem grafu, ve zkratce

Kombinatorika. 1. Variace. 2. Permutace. 3. Kombinace. Název: I 1 9:11 (1 z 24)

Maturitní otázky z předmětu MATEMATIKA

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64, 37021

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Diskrétní matematika. študenti MFF 15. augusta 2008

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

ALGEBRA. Téma 5: Vektorové prostory

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2014

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

South Bohemia Mathematical Letters Volume 23, (2015), No. 1, DĚLENÍ KRUHU NA OBLASTI ÚVOD

Matematika III. 4. října Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. Matematika III

6 Lineární geometrie. 6.1 Lineární variety

Požadavky ke zkoušce. Ukázková písemka

V: Pro nulový prvek o lineárního prostoru L platí vlastnosti:

Pravděpodobnost je. Martina Litschmannová Katedra aplikované matematiky, FEI, VŠB-TU Ostrava

13. přednáška 13. ledna k B(z k) = lim. A(z) = M(z) m 1. z m.

MATURITNÍ OTÁZKY Z MATEMATIKY PRO ŠKOLNÍ ROK 2010/2011

Maturitní témata od 2013

Cvičení z Lineární algebry 1

Intuitivní pojem pravděpodobnosti

Úvod do diskrétní matematiky

1.1 Pravidlo součinu a permutace

Determinanty. Determinanty. Přednáška MATEMATIKA č. 3. Jiří Neubauer

Přijímací zkouška - matematika

Diskrétní Matematika ( DIM)

Cvičení z matematiky jednoletý volitelný předmět

Transkript:

Kombinatorika Michael Krbek. Základní pojmy. Kombinatorika pracuje se spočitatelnými (tedy obvykle konečnými) strukturami a patří kvůli tomu mezi nejstarší oblasti matematiky. Je těžké podat přesný výčet toho, čím se kombinatorika zabývá, uvedeme si pro začátek pár příkladů, které nám pomůže kombinatorika řešit.

() Ve volném čase si studentka může zvolit, že bud vypracuje domácí úkol z jednoho ze tří předmětů, nebo půjde do kina na jeden z pěti filmů, které se hrají. Z kolika možností si může vybrat? () Pavel má doma tři košile, čtvery kalhoty a dva páry bot. Kolika různými způsoby může své oblečení zkombinovat? () Kolik možných výsledků dají tři po sobě následující hody (šestistrannou) kostkou? () DNA má přibližně 0 9 základních párů aminokyselin. Kolik možných genomů lze tedy vytvořit? (5) Kolik SPZ existuje s třemi písmeny následovanými čtveřicí čísel? (6) Kolik slov existuje s méně než pěti písmeny? (7) Do batohu je vhozeno devět knih. Kolika způsoby lze pět z nich uložit na poličku? (8) Na poličce je devět knih. Kolika způsoby lze pět z nich hodit do batohu?

(9) Kolik existuje (i nesmyslných) palindromů délky n? (0) Kolik je možných výsledků ve hře Sportka? Tahá se šest čísel z 9 a nezáleží na pořadí.

. Permutace. Jedním ze zcela základních kombinatorických pojmů je pojem permutace. Matematická definice následuje. Mějme n-prvkovou množinu M, bez újmy na obecnosti můžeme předpokládat, že M = {,,,..., n}. Uvažujme všechna prostá (injektivní) zobrazení množiny M na (tj. surjektivní) sebe samu. Každé takové zobrazení (bijekce) nazveme permutací množiny M. Intuitivní význam permutace je přeskládání n-tice objektů. Příklady využití permutací následují. () Mějme za sebou položeny čtyři kuličky červenou, zelenou, modrou a bílou. Kolika způsoby je možno seřadit? Množinu M v tomto příkladě reprezentuje množina čtyř barevných kuliček. Tedy např. prvek reprezentuje červenou kuličku, zelenou, modrou a bílou. Libovolné jiné pořadí kuliček získáme pomocí permutací.

() Míchání balíčku karet, zde množinu M reprezentuje právě balíček karet. Každé zamíchání balíčku reprezentuje nějakou permutaci balíčku. Tento druhý příklad dobře ilustruje jednu ze základních vlastností permutací, tou je možnost permutace skládat, tedy vlastně zamíchat balíček vícekrát po sobě. Z matematického hlediska se jedná o prostou kompozici zobrazení. Ještě jsme si neukázali, kolik takových permutací celkem je. K tomu se nejlépe dá přijít rekurzí. Počet permutací prázdné množiny je z definice dán jako P 0 =. Počet permutací jednoprvkové a dvouprvkové množiny též jednoduše zjistíme jako P = a P =. Předpokládejme, že známe počet permutací (n )-prvkové množiny, označme jej P n. Potom pokud přidáme ještě jeden prvek a dostaneme n-prvkovou množinu, můžeme zvolit pořadí tohoto jednoho dalšího prvku pro každé pořadí (n )-prvkové množiny před. jejím prvkem,. jejím prvkem,..., (n ). jejím prvkem a konečně i za (n ). jejím prvkem. Tedy celkem máme P n = np n. Této rekurentní definici vyhovuje faktoriál, tj. P n = n! = n(n )(n ).

. Variace (bez opakování). Zobecněním pojmu permutace získáme tzv. k-členné variace bez opakování z n-prvkové množiny. Pro jejich počet Pk n dostaneme = n(n )...(n k +). P n k. Variace (s opakováním). Jiný název je uspořádaná k-tice z n-prvkové množiny. Jejich počet je Vk n = nk.

5. Kombinace. Problematiku kombinací uved me příkladem. Představme si, že se pohybujeme ve městě s přesně čtvercovou sítí bloků budov a ulic a z výchozí pozice se chceme dostat o 5 bloků na východ a o 5 bloků na jih. Kolik je různých takových nejkratších cest? Pro lepší pochopení je níže zakresleno několik náhodných cest tohoto typu.

5 6 6 0 5 0 0 5 56 5 5 5 70 6 6 56 6 5

5 6 6 0 5 0 0 5 56 5 5 5 70 6 6 56 6 5

6 5 5 56 6 0 0 0 5 5 5 70 56 6 6 5 5 6

Jistě si každý již všiml, že počty cest vytváří tzv. Pascalův trojúhelník

6 5 0 0 5 6 5 0 5 6 7 5 5 7 8 8 56 70 56 8 8

Zkusme ještě odvodit základní vlastnosti čísel, jež tyto tzv. binomické koeficienty musí splňovat. Musí platit ( ) ( ) n n = =. 0 n Proč? Pokud cílové místo je o libovolný počet míst pouze na východ, nebo pouze na jih, je jen jedna cesta, která je nejkratší. Dále platí ( ) ( ) n n =. k n k Proč? V celé úvaze lze prohodit slova jih a východ a nic se nemůže změnit. Na závěr musí platit ( ) ( ) ( ) n n n = +. k k k Proč? Do každého bodu v síti bloků a ulic se dá přijít bud shora nebo zleva. Počet způsobů jak do tohoto bodu dojít je dán součtem počtu způsobů, jak dojít do bodu nad daným bodem a počtu způsobů, jak dojít do bodu nalevo od původního bodu.

Dále lze již velice jednoduše ukázat, že aby platily předchozí tři vzorce, musí být ( ) n n! = k k!(n k)!. Existují ještě jiné interpretace binomických koeficientů, mezi nejběžnější patří, že číslo ( n k) určuje počet k-prvkových podmnožin n-prvkové množiny. To jednoduše souvisí s výše uvedeným. Rovněž k explicitnímu vzorci pro kombinační čísla se dá dojít jednoduchou úvahou přes variace a permutace.

6. Další součásti kombinatoriky. vše, o čem jsme doted mluvili, byla tzv. enumerativní kombinatorika. Do ní ale dále patří např. multimnožiny, Fibonacciho čísla,... matematická analýza v kombinatorice (Fibonacciho čísla,...) teorie grafů (Good Will Hunting,...) geometrická kombinatorika: Na kolik částí rozdělí rovinu n přímek v obecné poloze?,... teorie rozkladů: Kolika způsoby lze napsat přirozené číslo n jako součet menších přirozených čísel?,......