Twój postęp zapisuje się tylko w tej przeglądarce. Zaloguj się, żeby nie stracić go po zmianie urządzenia. Zaloguj się
Kombinatoryka

WariacjePodstawa

Wariacje pomagają liczyć uporządkowane wybory, gdy z większego zbioru bierzemy tylko część elementów. Dzięki nim można policzyć liczbę kodów, podium zawodów czy ustawień kilku osób wybranych z większej grupy.

Matematyka ·2 min czytania ·6 ćwiczeń


Wariacja jest uporządkowanym wyborem określonej liczby elementów. Kolejność lub przydzielone role mają znaczenie, a sposób liczenia zależy od tego, czy ten sam element może wystąpić ponownie.

Pojęcia, od których zaczynamy

Przewodniczący Anna i zastępca Bartek to inny wynik niż przewodniczący Bartek i zastępca Anna. Nie chodzi tylko o wybranie tych samych dwóch osób: ważne jest, kto zajmuje które miejsce. To odróżnia wariację od kombinacji, czyli grupy bez ról.

Litera \(n\) oznacza liczbę różnych dostępnych elementów, a \(k\) liczbę obsadzanych pozycji. Bez powtórzeń mamy kolejno \(n,n-1,n-2\) możliwości, aż obsadzimy \(k\) miejsc. Musi być \(0\leq k\leq n\). Przy powtórzeniach na każdej pozycji można ponownie wybrać dowolny z \(n\) elementów, więc pozycji może być więcej niż elementów.

Zasady i wzory

Wariacja jest uporządkowanym wyborem k elementów z n. Bez powtórzeń każdy element można wybrać najwyżej raz; z powtórzeniami ten sam element może pojawić się ponownie.

  • Kolejność ma znaczenie.
  • Obsadzamy k uporządkowanych pozycji; bez powtórzeń nie więcej niż n, a z powtórzeniami dowolnie wiele.
  • Najpierw ustal, czy powtórzenia są dozwolone.
\[V_n^k=\frac{n!}{(n-k)!},\qquad \overline V_n^k=n^k\]

Pierwszy wzór jest bez powtórzeń, drugi — z powtórzeniami.

Jak czytać rysunek?

Kolejność oznacza różne rolePodium z pięciu zawodników: pięć wyborów złota, cztery srebra, trzy brązu.Kolejność oznacza różne roleZłoto5 możliwościSrebro4 możliwościBrąz3 możliwościWybieramy trzech różnych zawodników5 · 4 · 3 = 60 wyników podium

Na podium trzy miejsca mają różne role. Spośród pięciu zawodników wybieramy zwycięzcę na pięć sposobów. Po jego wyborze zostaje czterech kandydatów na drugie miejsce i trzech na trzecie. Daje to \(5\cdot4\cdot3=60\) wyników podium, jeśli nie dopuszczamy remisów.

Przykład krok po kroku

Z 8 różnych cyfr tworzymy trzycyfrowe kody bez powtórzeń. Ile kodów istnieje?

Kod a liczba. Kod może zaczynać się od zera, o ile treść tego nie zabrania. Liczba trzycyfrowa nie może. W poniższym zadaniu liczymy kody, dlatego na pierwszym miejscu można użyć każdej z ośmiu cyfr; po każdym wyborze zostaje o jedną mniej.

  1. Pierwsze miejsce ma 8 możliwości.\(8\)
  2. Na kolejne pozostaje 7 i 6 cyfr.\(7\quad\text{i}\quad6\)
  3. Pomnóż.\(8\cdot7\cdot6=336\)

Typowy błąd

Kodu uporządkowanego nie liczymy kombinacjami.

\(\binom83=56\)Kody 123 i 321 są różne.
\(V_8^3=8\cdot7\cdot6=336\)

Dodatkowy przykład i kontrola

Trzyznakowy kod z czterech znaków ma \(4^3=64\) warianty z powtórzeniami. Bez powtórzeń jest ich \(4\cdot3\cdot2=24\). Te same dane \(n=4\), \(k=3\) prowadzą do różnych odpowiedzi, bo zmieniają się zasady.

Wariacja bez powtórzeń dla \(k=n\) staje się permutacją: wykorzystujemy wszystkie elementy. Jeśli natomiast wybieramy grupę bez ról, zamiana kolejności nie tworzy nowego wyniku i trzeba użyć kombinacji. Przy kodach odróżnij ciąg znaków od liczby: kod może zaczynać się zerem, jeśli regulamin zadania na to pozwala.

Najczęstsze pytania

Czym wariacja różni się od kombinacji?
W wariacji kolejność lub role zmieniają wynik, a w kombinacji liczy się tylko skład grupy.
Czy wariacja musi wybierać mniej elementów, niż jest dostępnych?
Nie. Bez powtórzeń można wybrać także wszystkie; wtedy wariacja jest permutacją. Z powtórzeniami liczba pozycji może przekraczać liczbę dostępnych elementów.

Poćwicz

ABCD

Wybieramy z tej samej grupy dwie osoby. W której sytuacji kolejność lub role zmieniają wynik?

ABCD

Ile trzyliterowych napisów bez powtórzeń można utworzyć z 7 różnych liter?

ABCD

Uzupełnij zdanie: „Z 8 zawodników przyznajemy złoto, srebro i brąz. Liczba wyników wynosi …”.

ABCD

Uzupełnij zdanie: „Kod ma 3 pozycje i na każdej można użyć jednego z 5 znaków z powtórzeniami. Kodów jest …”.

ABCD

Które zdanie poprawnie naprawia błąd: „W wariacji kolejność wybranych elementów nie ma znaczenia.”?

ABCD

Ile czterocyfrowych kodów można utworzyć z cyfr \(0,1,2,3\), jeśli cyfry mogą się powtarzać, a zero na początku jest dozwolone?

Sprawdź, ile już umiesz

Przećwicz to zagadnienie na fiszkach albo przejdź do zestawu zadań z całego działu.

Ebook PDF 395 zadań maturalnych z matematyki podstawowej z rozwiązaniami krok po kroku w jednym pliku. Zobacz ebook (19,99 zł)