Размещения с повторениями
Считаем упорядоченные последовательности, в которых элемент может использоваться снова.
Чему научимся
Модель считает PIN-коды, слова фиксированной длины и последовательности ответов «да/нет». Она также помогает через дополнение находить число записей, где выделенный символ встретился хотя бы один раз.
Главная идея. Размещение с повторениями — это упорядоченная последовательность из k мест, где на каждом месте снова доступны все n символов. Поэтому одинаковый выбор можно повторять, а перестановка символов обычно создаёт новый результат.
План рассуждения и проверка понимания
- Проверьте, что позиции различимы, длина k фиксирована и использование символа не запрещает выбрать его на следующей позиции.
- Для каждой из k позиций запишите одинаковое число доступных вариантов n, включая ведущий ноль, если условие его разрешает.
- Примените правило произведения и получите n в степени k; не делите результат на факториалы повторяющихся символов.
- При условии «хотя бы один выделенный символ» вычтите из nᵏ последовательности, составленные только из остальных n − 1 символов.
Частая ошибка. Применить деление на факториалы повторений, как в перестановках заданного набора букв, хотя количества символов здесь заранее не фиксированы.
Как проверить себя. Считайте независимый выбор на каждой позиции: АА и АБ — два обычных допустимых слова, а все n вариантов снова доступны на каждом из k шагов.
Наглядная модель: Размещения с повторениями
Считаем упорядоченные последовательности, в которых элемент может использоваться снова.
- 1. Условия — что известно и что требуется
- 2. Модель — порядок, повторения и допустимые исходы
- 3. Подсчёт — каждый вариант учитывается один раз
- 4. Проверка — малый случай можно выписать вручную
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами
Объясните, почему трёхбуквенных слов из А, Б, В с хотя бы одной буквой А ровно 3³ − 2³ = 19, не перечисляя все слова вручную.
В хорошем объяснении есть:
- Общее число 27 получено как три выбора на каждой из трёх различимых позиций.
- Вычтены восемь слов только из Б и В, то есть в дополнении нет ни одной буквы А.
Каждый выбор снова доступен
Размещение с повторениями — последовательность длины , каждая позиция которой выбирается из одного набора из элементов. Порядок важен, использование элемента не запрещает его повтор на следующих местах.
Для кодов из трёх букв А, Б, В длины два получаются АА, АБ, АВ, БА, ББ, БВ, ВА, ВБ, ВВ. Каждый первый символ имеет три продолжения, поэтому всего .
Почему появляется степень
Правило произведения перемножает одинаковых количеств . Получается . Это подсчёт без вероятностных предположений. Чтобы каждая последовательность имела вероятность , дополнительно нужны независимые равномерные выборы на позициях.
При длине ноль имеется одна пустая последовательность. Если алфавит пуст и длина положительна, вариантов нет. Случай пустого алфавита и нулевой длины также имеет один вариант по комбинаторному соглашению, а не требует вычислять неопределённую степень в калькуляторе.
Не смешивайте виды повторений
В перестановках с повторяющимися элементами количества каждого символа заранее фиксированы. Здесь они свободны: слово АА допустимо наряду с АБ. Поэтому деление на факториалы повторений не применяется.
Условие «хотя бы один символ» удобно считать дополнением. Если один выделенный символ запрещён на всех позициях, остаётся слов; вычитание из даёт число слов с хотя бы одним его появлением.
Три примера
- Десятичный четырёхзначный PIN допускает ведущие нули: вариантов .
- Пять независимых записей «да/нет» дают двоичных последовательности.
- Трёхбуквенные слова из А, Б, В с хотя бы одной А: . Здесь не фиксировано точное число букв А.
Формула, смысл и ограничения
Главные формулы с расшифровкой
Формула словами: При n доступных символах на каждом из k различимых мест получается nᵏ последовательностей.
От формулы к наблюдению
Попробуйте самостоятельно
Измените параметры и сопоставьте расчёт с результатами случайного эксперимента.
От простого к сложному
Проверьте себя
Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.
Открываем задание…
Открываем задание…
Открываем задание…
Что пригодится
Изучить дальше
Источники и соглашения
Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.