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組合數學 排列組合基本問題總結

1. 從n個不同元素中允許重複地選取r個元素的組合數是C(n+r-1,r)

   證明思路:採用劃歸轉化的思想,將可重組合轉化為無重組合,證明的一般思路:

   1. 先設出一組有序序列

   2. 對該序列進行變換

   3. 將變換後的序列轉化為在一個區間裡求無重組合。

 

證明過程:

    

2. 可重排列

3. 可重組合與方程解的個數的對應關係

  

 

 

   設n個盒子放的數量分別為 x1,x2,x3.....xn。那麼滿足 x1+x2+x3+x4+....xn=r(xi>=q)

   為了轉化為我們熟悉的x1+x2+x3...=d(xi>=1),我們需要做一些變化

   設yi=xi-q+1,那麼 yi>=1,

   y1+y2+y3....=r-n*q+n(yi>=1)

   這樣就轉化成了n個數,每個數大於等於1,問最後和為 r-n*q+1的解有多少個,問題就變成了n個盒子去分r-n*q+1個球的問題,採用隔板原理即可。r-n*q+n-1個空,插n-1個隔板即可。

最後答案:C(n+(r-nq)-1,r-nq)

 

4. 相關組合恆等式的證明

  (1)  C(n, r)=C(n-1,r)+C(n-1,r-1)

        證明方式:任選一個數 c,那麼從n個數裡面選r個數,只有兩種情況,第一,包含c,第二不包含c。

                          包含c,那麼剩下去n-1個裡面選 r-1個即可

                          不包含c,那麼去n-1個裡面選r個即可。

                            所以,原式得證

    (2) C(n,l)C(l,r)=C(n,r)C(n-r,l-r)

              證明方式:左式:班級共n位同學,選出l位班委,班委中選出r位為核心;

                                 右式:先從n個同學中選出r個核心,再從剩下的n-r中選剩下的l-r班委

       (3)  C(n+r+1,r) = C(n+r,r) + C(n+r-1,r-1)+… + C(n+1,1)+C(n,0).

                  證明方式:和第1題非常類似,考慮包含1個,2個....r個的情況

                                  (1)組合中不含a1,從a1以外的(n+r)個元素取r個元素,組合數:C(n+r,r);            

                                   (2)組合中含a1,不含a2,從除a2外的(n+r-1)個元素取(r-1)個元素:組合數 C(n+r-1,r-1);                …                                              (i)組合數中含a1,a2,…,ai-1,但不含ai,則從(n+r+1-i)元素中取(r-(i-1))個元素,組合數:C(n+r-i+1,r-i+1);  

                                    (r)組合數中含a1,a2,…,ar, 只有這一種情形 C(n,0)。              

                                    由加法原理,得證。

          (4) C(m+n,r)=C(m,0)C(n,r)+C(m,1)C(n,r-1)+ …+C(m,r)C(n,0)

                     證明思路:考慮用m個藍色乒乓球,n個紅色乒乓球來證明。

 

5. 二項式定理