Математический курс «Комбинаторика»
Урок 6
Тема: сочетания без повторений
для 1-9 классов
Содержание урока
1. Видеоразбор задач

2. Объяснение темы на конкретных примерах

3. Математический лайфхак

4. Задачи для самостоятельного решения
КОМБИНАТОРИКА — УРОК 6
Видеоразбор задач
Задача 1
Задача 2
На предыдущем уроке мы познакомились с понятием размещений (и перестановок, как частного случая размещений) и научились применять формулу для подсчёта перестановок. Теперь познакомимся с понятием сочетаний.

Сочетанием из n элементов по k называется набор содержащая k элементов, выбранных из данных n элементов. Наборы, отличающиеся только порядком следования элементов (но не составом), считаются одинаковыми. Этим сочетания и отличаются от размещений – порядок следования элементов в выборке не важен.

Для подсчёта количества сочетаний без повторений (когда все элементы уникальны) используется формула:

Условие
Боня пришла в магазин, чтобы купить красивые наборы столовых приборов для праздника. Но продавец сказал, что в последней привезенной партии среди 10 наборов три бракованных. Боня решила испытать удачу и купила три набора в надежде, что все они окажутся без брака. Сколькими способами она могла выбрать хотя бы один бракованный набор?
3
ПРИМЕР
Сочетания без повторений
Математический лайфхак
Как и в случае с использованием формулы для подсчёта перестановок, сперва нужно убедиться, что пользоваться формулой для решения конкретной задачи можно. Задай себе вопросы:

Все ли элементы из доступных участвуют в сочетании? (Если да, то речь идёт о крайнем случае, используй правила!). Определи значения n и k.

Учитывается ли порядок следования элементов? (Если да, то речь идёт о размещениях, формулу для их подсчёта мы изучили на прошлом уроке)

Есть ли повторяющиеся элементы в множестве? (Если да, то формулой из этого урока пользоваться нельзя. Как быть в этой ситуации – рассмотрим в следующем уроке)
Условие
У Пифа есть 23 мячика, из которых 10 красных и 13 синих.
а) Сколькими способами можно выбрать два мячика одного цвета?
б) Сколькими способами можно выбрать два мячика разных цветов?
1
ПРИМЕР
Условие
Пиф, Торик, Дед Пифагор и Боня хотят пойти куда-нибудь после обеда. Можно пойти на каток или в бассейн. Сколькими способами они могут распределиться между этими двумя занятиями? Каждый должен выбрать себе занятие, но, возможно, куда-то никто не придёт.
2
ПРИМЕР
где n – количество элементов в множестве, а k – количество «мест», доступных для размещения.
Лайфхак:

В формуле сочетаний существуют «крайние» значения. Их удобно запомнить, чтобы не выполнять лишних вычислений:
1) единственным способом можно не выбрать ни одного элемента
2) n способами можно выбрать один элемент
3) n способами можно выбрать n-1 элемент (т.е. оставить один элемент)
4) единственным способом можно выбрать ВСЕ элементы
Давайте рассмотрим несколько примеров:
У Пифа есть 23 мячика, из которых 10 красных и 13 синих.

а) Сколькими способами можно выбрать два мячика одного цвета?

б) Сколькими способами можно выбрать два мячика разных цветов?
Для начала проанализируем, какие из известных правил мы должны использовать для решения этой задачи.

а) Пиф может выбрать 2 красных мячика ИЛИ 2 синих. В каком порядке он будет вытаскивать 2 шарика одного цвета – не важно. Значит мы можем использовать формулу для подсчёта числа сочетаний, а союз ИЛИ подразумевает применение правила суммы.

Найдём количество способов выбрать 2 красных мячика. Используем формулу сочетаний из десяти элементов по два (всего красных мячиков 10, k = 2, n = 10):

УСЛОВИЕ
Теперь найдём количество способов выбрать 2 синих мячика. Используем формулу сочетаний из тринадцати элементов по два (всего синих мячиков 13, k = 2, n = 13):
РЕШЕНИЕ
Поскольку выбор двух красных шариков исключает выбор двух синих и наоборот, используем правило суммы:

45 + 78 = 123 способа.

б) Пиф может выбрать один любой красный мячик из десяти и один любой синий шарик из тринадцати.

Количество способов выбрать красный мячик (k = 1, n = 10):

= 10 способов (крайний случай, десятью способами можно выбрать один элемент из десяти)
Количество способов выбрать синий мячик (k = 1, n = 13):
= 13 способов (крайний случай, тринадцатью способами можно выбрать один элемент из тринадцати)
Пиф выбирает один красный мячик И один синий. То есть каждый из выбранных красных мячиков может сочетаться с каждым из выбранных синих. Используем правило произведения для общего подсчёта количества способов такого выбора:

10 * 13 = 130 способов.

Пиф, Торик, Дед Пифагор и Боня хотят пойти куда-нибудь после обеда. Можно пойти на каток или в бассейн. Сколькими способами они могут распределиться между этими двумя занятиями? Каждый должен выбрать себе занятие, но, возможно, куда-то никто не придёт.
Подумаем, как могут распределиться наши герои.

1) Один может пойти на каток, а остальные – в бассейн.

2) Двое могут пойти на каток, а остальные – в бассейн.

3) Трое могут пойти на каток, а остальные – в бассейн.

4) Четверо могут пойти на каток, и никто – в бассейн.

И наоборот. То есть нам достаточно посчитать количество перечисленных способов выбора занятий, а потом умножить на два, тем самым поменяв героев местами – те кто ходил на каток теперь пойдут в бассейн, и наоборот

Рассмотрим первый случай:

1) Сколькими способами один герой может пойти на каток?

УСЛОВИЕ
РЕШЕНИЕ
Сочетания без повторений обладают следующим свойством:
Давайте рассмотрим пример, для решения которого это может быть полезным:
= 4 способа (крайний случай, четырьмя способами можно выбрать один элемент из четырёх)
А сколькими способами трое могут пойти на каток?
Способов получилось одинаковое количество. А это значит, что нам достаточно считать только количество способов отправить героев в какое-то одно место. Далее будем считать каток.

2) Сколькими способами двое могут пойти на каток?
3) Сколькими способами трое могут пойти на каток?
4) Сколькими способами четверо могут пойти на каток?
= 1 способ (крайний случай, единственным способом можно выбрать ВСЕ элементы из четырёх)
Поскольку между всеми перечисленными событиями можно поставить слово ИЛИ (один идёт на каток ИЛИ двое идут на каток ИЛИ трое…), используем правило суммы для подсчёта общего количества способов распределения:

4 + 6 + 4 + 1 = 15 способов.

А теперь поменяем героев местами. Например, в первом случае Торик ходил на каток один. А теперь он один пойдёт в бассейн. И так для всех героев:

15 * 2 = 30 способов.
Подсчитаем для начала, сколькими способами Боня могла выбрать три любых набора из десяти? k = 3, n = 10
УСЛОВИЕ
РЕШЕНИЕ
Боня пришла в магазин, чтобы купить красивые наборы столовых приборов для праздника. Но продавец сказал, что в последней привезенной партии среди 10 наборов три бракованных. Боня решила испытать удачу и купила три набора в надежде, что все они окажутся без брака. Сколькими способами она могла выбрать хотя бы один бракованный набор?
А теперь найдём число исходов, когда все три набора – без брака. Тогда в остальных случаях хотя бы один будет бракованным.

Выбирать теперь будем три набора ТОЛЬКО из наборов без брака. Если в наличии три бракованных набора из десяти. Тогда наборов без брака 10 – 3 = 7. Посчитаем количество сочетаний из семи по три:

Теперь вычтем из общего количества способов выбрать три набора количество способов выбрать три набора без брака и получим количество способов выбрать три набора, среди которых хотя бы один бракованный:

120 – 35 = 85 способов.

Задачи для самостоятельного решения
Задача №1
Ниже ты найдёшь 5 задач для самостоятельного решения. Каждая задача помечена звёздочкой — это уровень сложности. Не спеши сразу смотреть решение с ответами. Постарайся самостоятельно разобраться в каждой задачке. У тебя всё получится! :)
Дедушка Пифагор собирает команду для игры «Что? Где? Когда?» из физиков и математиков. Сколькими способами можно собрать команду из 3 физиков и 4 математиков, если дед Пифагор знаком с 6 физиками и 8 математиками?
Пиф подбросил монету 9 раз. Сколько всего существует последовательностей, в которых «орёл» выпал ровно четыре раза?
Большой треугольник разбили на одинаковые части. Сколько способов закрасить ровно треть большого треугольника? Закрашивать кусочки, на которые он разбит, можно только целиком.
Задача №5
Торик строит замок из конструкторов двух наборов. Первую башенку он хочет построить из четырёх деталей первого набора, вторую – из шести деталей второго, а третью – из трёх любых деталей. Сколькими способами он может это сделать, если у него осталось 14 деталей: 6 из первого набора и 8 из второго?
Боня гуляет по аллее, вдоль которой рядами растут деревья. По правую сторону – 8 деревьев, а по левую — 11 деревьев. Боня захотела обвязать какие-то три дерева лентами, чтобы образовать их них треугольник. Сколькими способами она может это сделать?
Задача №3
Задача №4
Задача №2
Дедушка Пифагор собирает команду для игры «Что? Где? Когда?» из физиков и математиков. Сколькими способами можно собрать команду из 3 физиков и 4 математиков, если дед Пифагор знаком с 6 физиками и 8 математиками?
В команде у деда Пифагора должны быть и физики, и математики. Тогда найдём количество способов выбрать трёх любых физиков и четырёх любых математиков среди его знакомых, а затем, используя правило произведения (каждый из «наборов» физиков может сочетаться с каждым из «наборов» математиков), подсчитаем общее количество способов собрать команду для игры.

Количество способов выбрать трёх физиков из шести (количество сочетаний из шести элементов по три, n = 6, k = 3):
УСЛОВИЕ
Количество способов выбрать четырёх математиков из восьми (количество сочетаний из восьми элементов по четыре, n = 8, k = 4):
РЕШЕНИЕ
Количество комбинаций «наборов» физиков и математиков:

20 * 70 = 1400.
Пиф подбросил монету 9 раз. Сколько всего существует последовательностей, в которых «орёл» выпал ровно четыре раза?
Заметим, что последовательности будут отличаться только положением «орлов». Остальные позиции будут занимать «решки». Тогда нам достаточно посчитать количество способов выбрать четыре любых места из девяти имеющихся, на которых будет располагаться «орёл»:
УСЛОВИЕ
РЕШЕНИЕ
Используя свойство сочетаний,
точно такой же ответ мы получили бы, если бы положения выбирали не для «орлов», а для «решек». При четырёх выпавших «орлах» выпадет 9 – 4 = 5 «решек». Тогда количество способов выбрать пять любых мест из девяти имеющихся, на которых будет располагаться «решки»:
Большой треугольник разбили на одинаковые части. Сколько способов закрасить ровно треть большого треугольника? Закрашивать кусочки, на которые он разбит, можно только целиком.
Треугольник разбит на 9 одинаковых маленьких треугольничка. Чтобы закрасить ровно треть большого треугольника, нужно закрасить три любых маленьких треугольничка. Задача сводится к подсчёту количества сочетаний из девяти по три (k = 3, n = 9):
УСЛОВИЕ
РЕШЕНИЕ
Теперь количество способов выбрать детали из второго набора для второй башенки, то есть 6 деталей из восьми:
Для построения трёх башенок Торику понадобится 4 + 6 + 3 = 13 деталек.

Сначала подсчитаем количество способов выбрать детали из первого набора для первой башенки, то есть 4 детали из шести:
УСЛОВИЕ
Торик строит замок из конструкторов двух наборов. Первую башенку он хочет построить из четырёх деталей первого набора, вторую – из шести деталей второго, а третью – из трёх любых деталей. Сколькими способами он может это сделать, если у него осталось 14 деталей: 6 из первого набора и 8 из второго?
РЕШЕНИЕ
Осталось 2 детали из первого набора и 2 детали из второго набора. Осталось выбрать из них три детали для недостающей башенки. Это можно сделать двумя способами:

1) Выбрать 2 детали из первого набора и одну из второго.

Выбираем одну деталь из второго набора, остальные будут из первого:

= 2 способа ("крайний" случай, 2 способа выбрать одну деталь из двух)
2) Выбрать две детали из второго набора и одну из первого.

Выбираем одну деталь из первого набора, остальные будут из второго:
= 2 способа ("крайний" случай, 2 способа выбрать одну деталь из двух)
Итого, нам нужно собрать первую башенку из деталей первого набора И вторую из деталей второго набора И третью башенку из двух возможных случаев (2 детали из второго набора и одна из первого ИЛИ две детали из первого набора и одна из второго).

Количество способов построить третью башенку находим по правилу суммы:

2 + 2 = 4 способа.

Каждый из способов построить первую башенку может сочетаться с каждым из способов построить вторую башенку и с каждым из способов построить третью башенку. По правилу произведения находим количество способов построить все три башенки:

15 * 28 * 4 = 1680 способов

Боня гуляет по аллее, вдоль которой рядами растут деревья. По правую сторону – 8 деревьев, а по левую — 11 деревьев. Боня захотела обвязать какие-то три дерева лентами, чтобы образовать их них треугольник. Сколькими способами она может это сделать?
Рассмотрим, как Боня может выбрать три дерева, образующих треугольник:

1) Одно дерево по правую сторону от аллеи и два – по левую.

2) Одно дерево по левую сторону от аллеи и два – по правую.

В первом случае по правую сторону можно выбрать одно дерево из восьми, т.е. k = 1, n = 8. Это «крайний» случай:
УСЛОВИЕ
РЕШЕНИЕ
= 8 способов выбрать дерево по правую сторону от аллеи.
А по левую сторону она может выбрать два дерева из одиннадцати, т.е. k = 2, n = 11:
Итого 55 способов выбрать 2 дерева по левую сторону от аллеи.

Каждое из выбранных по правую сторону от аллеи деревьев можно сочетать с каждой из пар выбранных по левую сторону деревьев. Используем правило умножения:

8 * 55 = 440 способов выбрать три дерева в первом случае.

Во втором случае по левую сторону можно выбрать одно дерево из одиннадцати, т.е. k = 1, n = 11. Это «крайний» случай:

= 11 способов выбрать дерево по левую сторону от аллеи.
Теперь по правую сторону она может выбрать два дерева из восьми, т.е. k = 2, n = 8:
Итого 28 способов выбрать 2 дерева по правую сторону от аллеи.

Каждое из выбранных по левую сторону от аллеи деревьев можно сочетать с каждой из пар выбранных по правую сторону деревьев. Используем правило умножения:

11 * 28 = 308 способов выбрать три дерева во втором случае.

Боня может выбрать деревья по первому принципу ИЛИ по второму. Для подсчёта общего числа возможных треугольников используем правило суммы:

440 + 308 = 748 способов.

Переходи в чат курса, чтобы задать вопросы!
website icon
Чат курса
При возникновении вопросов можете связаться с нами:
E-mail: pifshtany@gmail.com
WhatsApp: +7 905 743 04 39