Умблик
Справочник вероятности
Подсчёт вариантов
Вероятность и статистика · Подсчёт вариантов

Факториал и нулевой случай

Сворачиваем убывающее произведение в n! и объясняем, почему 0! равно единице.

6 минут на чтениеЗаданий для самопроверки: 3

Чему научимся

Обозначение компактно записывает убывающие произведения в перестановках, размещениях и сочетаниях. Рекурсия n! = n(n − 1)! помогает сокращать отношения без огромных чисел.

Главная идея. Факториал n! — произведение целых чисел от 1 до n, а 0! = 1 соответствует одному пустому способу ничего не выбирать. Он естественно считает порядки различных объектов.

План рассуждения и проверка понимания
  1. Проверьте, что аргумент — неотрицательное целое в школьном определении, и отдельно распознайте граничный случай 0! = 1.
  2. Разверните только нужные множители или примените n! = n(n − 1)!, особенно если рядом стоит другой факториал.
  3. Сократите общую часть произведений до вычисления числовых значений, например 8!/6! = 8 · 7.
  4. Следите за скобками: (n + 1)! означает факториал всего n + 1 и не равно выражению n! + 1.

Частая ошибка. Считать n!/k! равным (n − k)! и потерять множители между k + 1 и n, например получить 2 вместо 42 для 7!/5!.

Как проверить себя. Разложите 7! как 7 · 6 · 5! и сократите только общий множитель 5!; останется 7 · 6 = 42.

Схема к теме

Наглядная модель: Факториал и нулевой случай

Сворачиваем убывающее произведение в n! и объясняем, почему 0! равно единице.

Наглядная модель: Факториал и нулевой случайСворачиваем убывающее произведение в n! и объясняем, почему 0! равно единице.1Условиячто известно и чтотребуется2Модельпорядок, повторения идопустимые исходы3Подсчёткаждый вариантучитывается один раз4Проверкамалый случай можновыписать вручную
  • 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
Последовательность отделяет выбор модели от вычисления и не даёт потерять или повторно учесть варианты. Вывод: Сначала ответьте на вопросы о порядке и повторениях, только потом выбирайте формулу.
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами

Объясните одновременно алгебраический и комбинаторный смысл равенства 0! = 1 и его роль в формуле C(4, 0).

В хорошем объяснении есть:

  • Пустое произведение принято равным единице, чтобы рекуррентные и комбинаторные формулы сохранялись на границе.
  • Выбрать ноль объектов из четырёх можно одним способом — оставить пустое подмножество, поэтому C(4,0) = 1.

Произведение целых чисел

Факториал положительного целого nn — произведение всех целых чисел от 11 до nn. Восклицательный знак является математическим обозначением, а не знаком эмоционального усиления: 4!=1⋅2⋅3⋅4=244!=1\cdot2\cdot3\cdot4=24.

Значение 0!=10!=1 задаётся отдельно как пустое произведение. Комбинаторный смысл: пустую последовательность можно устроить одним способом — ничего не выбрать. Этот случай сохраняет формулы перестановок и сочетаний на границах.

Сокращение до вычисления

Факториалы растут быстро. Отношение 8!/6!8!/6! лучше сократить до 8⋅78\cdot7, чем сначала вычислять оба больших числа. При сокращении учитывают всё произведение: знак факториала не распространяется на соседнюю сумму.

Записи (n+1)!(n+1)! и n!+1n!+1 совершенно различны. Для n=3n=3 первая равна 2424, вторая 77. Аналогично n!/k!n!/k! не равно (n−k)!(n-k)! в общем случае.

В школьном определении факториал не применяется к отрицательным целым и произвольным дробям. Продолжение через гамма-функцию — отдельная конструкция, которая не требуется для подсчёта конечных перестановок.

Почему он появляется

При размещении nn разных объектов в ряд первое место можно заполнить nn способами, второе n−1n-1, последнее одним. Правило произведения даёт n!n!. Если объекты неразличимы, этот подсчёт завышает число разных рядов, и нужна поправка на повторения.

Три примера

  1. 5!=1205!=120. Это число порядков пяти различных карточек.
  2. 7!/5!=7⋅6=427!/5!=7\cdot6=42: общие первые пять множителей сокращаются.
  3. (40)=4!/(0! 4!)=1\binom40=4!/(0!\,4!)=1. Пустой выбор из четырёх объектов существует ровно один раз; значение 0!=10!=1 делает формулу согласованной.

Формула, смысл и ограничения

Главные формулы с расшифровкой

n!=1⋅2⋯n,n∈Z≥1;0!=1n!=1\cdot2\cdots n,\quad n\in\mathbb Z_{\ge1};\qquad0!=1

Формула словами: Факториал определён здесь для неотрицательных целых чисел.

n!=n(n−1)!,n≥1n!=n(n-1)!,\qquad n\ge1

Формула словами: Рекуррентное соотношение отделяет последний множитель.

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…

Источники и соглашения

Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.