Комбинаторика, 2–10 класс: примеры с решением

Комбинаторика учит считать, сколько существует способов составить слово, число, пароль или набор из предметов. На странице: правила и формулы, разбор задания по шагам, частые ошибки и решённые задания учеников.

5 заданий2–10 класс
Информатика10 класс13 заданийГлубина цвета и объём растровых файлов

Определите глубину цвета и информационный объём (в Кбайтах) растровых графических файлов, представленных в таблице. Получившийся ответ запишите с тремя…

Информатика9 класс12 заданийОбъём аудиофайла

Определите информационный объем аудиофайла длительностью звучания 2 минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрядности аудиоадаптера 16 бит.

Информатика10 класс7 заданийУсловие Фано, кодирование

По каналу связи передаются сообщения, содержащие только буквы из набора: Д, И, К, Л, Я. Для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию Фано…

Информатика11 класс7 заданийУсловие Фано, кодирование слова

По каналу связи передаются сообщения, содержащие только буквы из набора: А, К, Л, Н, О, Я. Для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию…

Информатика2 классСтоимость свечей в виде цифр

Вася хочет отметить день рождения трех своих друзей: Коли, Миши и Паши. Коле 9 лет, Мише 12, а Паше – 13. Каждому из них он хочет принести такие свечи для…

Что такое комбинаторика и где она встречается

Комбинаторика отвечает на вопрос «сколько существует вариантов». Сколько четырёхбуквенных слов можно составить из букв М, А, Р, Т. Сколько шестизначных чисел бывает в двенадцатеричной системе. Сколькими способами из 5 человек выбрать двоих дежурных.

С этим сталкиваются с 2 по 11 класс. В младших классах это перебор вариантов: наряды из трёх вещей, комбинации свечей на торте. В 9 классе добавляются формулы, а в 10–11 классах комбинаторика нужна в информатике и в теории вероятностей. Там вероятность считают как отношение числа подходящих исходов к числу всех равновозможных, а оба числа находят комбинаторикой.

В информатике чаще всего попадаются слова из заданного алфавита, числа в разных системах счисления и номера слов в алфавитном списке.

Правила и формулы комбинаторики

Почти все задачи решаются двумя правилами.

  • Правило умножения. Если первый выбор можно сделать a способами, а второй b способами, то вместе они дают a × b вариантов. Трёхбуквенное слово из 4 букв: 4 × 4 × 4 = 4³ = 64.
  • Правило сложения. Если случаи не пересекаются, их количества складывают. Слова, которые начинаются на А, и слова, которые начинаются на Б, считают отдельно и суммируют.

Из этих правил получаются основные формулы:

  • Размещения с повторениями. Слов длины k из n букв, когда буквы можно повторять: nᵏ.
  • Перестановки. Способов расставить n разных предметов в ряд: n! = 1 × 2 × 3 × … × n. Считается, что 0! = 1.
  • Размещения без повторений. Способов выбрать k из n разных предметов, если порядок важен: n! ÷ (n − k)!.
  • Сочетания. Способов выбрать k из n предметов, если порядок не важен: n! ÷ (k! × (n − k)!). Например, двоих из пяти: 5! ÷ (2! × 3!) = 10.

Главный вопрос перед выбором формулы: важен ли порядок. Пара «Аня, Боря» и пара «Боря, Аня» в сочетаниях считается одной, а в размещениях двумя разными.

Разбор задания: слова, в которых буква встречается хотя бы раз

Похожие задания присылают часто, поэтому разберём такое.

Условие. Составляют четырёхбуквенные слова из букв А, Б, В, Г, Д. Буква Б должна встретиться хотя бы один раз. Остальные буквы можно повторять. Сколько существует таких слов?

Шаг 1. Считаем все слова без ограничений. На каждое из 4 мест подходит любая из 5 букв: 5 × 5 × 5 × 5 = 5⁴ = 625.

Шаг 2. Считаем слова, которые нам не подходят. Это слова вообще без буквы Б. На каждое место остаётся 4 буквы: 4⁴ = 256.

Шаг 3. Вычитаем. 625 − 256 = 369.

Ответ: 369 слов.

Можно было считать напрямую: слова с одной Б, с двумя, с тремя, с четырьмя. Это длиннее, и легко потерять случай. Если в условии «хотя бы один», проще вычесть слова без этой буквы из всех.

Если условие обратное, например «буква А не более 3 раз» при длине слова 4, не подходят только слова, где А стоит на всех четырёх местах. Их ровно одно, и его вычитают из всех.

Как решать задачи про алфавитный список слов

В таких заданиях все слова из нескольких букв выписаны по алфавиту, и нужно найти слово по номеру, номер по слову или количество слов между двумя данными.

Работа с таким списком похожа на счёт в системе счисления. Если в алфавите 3 буквы, то каждой букве соответствует цифра 0, 1, 2 по порядку. Тогда слово становится числом в троичной системе, а его номер в списке равен этому числу плюс 1, потому что первое слово ААА… соответствует нулю.

Пример. Слова из букв А, Б, В длиной 3. Найдём номер слова ВАБ. Заменяем буквы на цифры: В = 2, А = 0, Б = 1, получаем 201 в троичной системе. Переводим: 2 × 9 + 0 × 3 + 1 = 19. Номер слова 19 + 1 = 20. Проверка: слов на А девять, на Б девять, это 18 слов. Следом идут ВАА (19-е) и ВАБ (20-е).

Обратная задача решается переводом номера минус 1 в систему с основанием, равным числу букв, и заменой цифр на буквы. Не забудь дописать нули слева до нужной длины слова.

Когда нужно посчитать слова между двумя данными, найди номера обоих слов и вычти. Если границы не включаются, из разности вычти ещё 1. Если включаются, прибавь 1.

Где ошибаются чаще всего

  • Путают размещения и сочетания. Если порядок важен (слова, пароли, места на пьедестале), нужны размещения. Если не важен (команда, набор карточек), нужны сочетания. Проверь на двух элементах: меняется ли результат, когда их поменяли местами.
  • Считают «хотя бы один» напрямую. Это приводит к длинной сумме и пропущенным случаям. Надёжнее вычесть из всех вариантов те, где условие не выполнено.
  • Забывают про ведущий ноль в числах. В шестизначном двенадцатеричном или шестнадцатеричном числе первая цифра не может быть нулём. Поэтому для первой позиции вариантов на один меньше, чем для остальных. Если ещё нужно ограничить количество определённой цифры, например В или А, считай отдельно случаи, когда она стоит на первом месте и когда на другом.
  • Сбиваются на единицу в номерах. Номер слова равен его значению в системе счисления плюс 1. Слов между двумя номерами без границ на 1 меньше разности номеров, а с границами на 1 больше.

Какие задания по комбинаторике есть на странице

Ученики присылают в основном задания по информатике: слова из заданных букв с ограничениями на число повторов, позиции слов в алфавитном списке, количество слов между двумя данными, подсчёт чисел в двенадцатеричной и шестнадцатеричной системах с ограничением на число некоторых цифр, а также задачу про стоимость свечей-цифр.

Найди в списке выше задание, похожее на твоё, и сверь ход решения. Если подходящего нет, сфотографируй своё условие и отправь на сайт: решение придёт с ходом по шагам. Сравни свои рассуждения с разбором и найди, на каком шаге разошлись. Алфавит и длину слова удобно связать с кодированием информации, а подсчёт путей и вариантов на схеме бывает проще через графы.

Частые вопросы

Что такое комбинаторика простыми словами

Это раздел математики о подсчёте вариантов: сколько слов, чисел, наборов или расстановок можно составить по заданным правилам. Для этого используют правила сложения и умножения и формулы перестановок, размещений и сочетаний.

Чем отличается размещение от сочетания

В размещениях важен порядок выбранных элементов, в сочетаниях не важен. Из 5 человек выбрать двоих на должности старосты и его заместителя можно 5 × 4 = 20 способами, а двоих дежурных без разделения ролей только 10.

Как найти количество слов, если буквы могут повторяться

Возведи число букв алфавита в степень длины слова. Из 4 букв получается 4³ = 64 слова длиной 3. Если есть дополнительные условия, посчитай все слова и вычти те, которые условию не подходят.

Как комбинаторика связана с вероятностью

Вероятность события равна числу подходящих исходов, делённому на число всех равновозможных исходов. Оба числа находят методами комбинаторики.

Комбинаторика, 2–10 класс: примеры с решением | ДЗмэн