Bài 2: Hoán vị, chỉnh hợp, tổ hợp
Lý thuyết
Mục lục
* * * * *
Bài 2.20 (Sách bài tập trang 68)
Tìm số các số nguyên dương gồm năm chữ số sao cho mỗi chữ số của số đó lớn hơn chữ số ở bên phải nó ?
Hướng dẫn giải
Có \(C^5_{10}\) cách chọn 5 chữ số khác nhau để lập số cần thiết. Nhưng khi đã có 5 chữ số khác nhau rồi, chỉ có một cách xếp 5 chữ số đó để tạo nên số cần thiết.
Vậy có \(C^5_{10}=252\) số.
Bài 2.9 (Sách bài tập trang 67)
Cô giáo chia 4 quả táo, 3 quả cam và 2 quả chuối cho 9 cháu (mỗi cháu một quả). Hỏi có bao nhiêu cách chia khác nhau ?
Hướng dẫn giải
Bài 2.4 (Sách bài tập trang 66)
Thầy giáo có 3 quyển sách Toàn khác nhau cho 3 bạn mượn (mỗi bạn một quyển). Sang tuần sau thầy thu lại và tiếp tục cho ba bạn mượn ba quyển đó. Hỏi có bao nhiêu cách cho mượn sách mà không bạn nào phải mượn quyển đã đọc ?
Hướng dẫn giải
Bài 2.7 (Sách bài tập trang 66)
Có bao nhiêu cách chia 10 người thành :
a) Hai nhóm, một nhóm 7 người, nhóm kia 3 người ?
b) Ba nhóm tương ứng gồm 5, 3, 2 người ?
Hướng dẫn giải
a) Chọn 7 người từ 10 để lập một nhóm, ba người còn lại vào nhóm khác. Vậy số cách chia là \(C^7_{10}\)
b) Tương tự, kết quả là \(C^5_{10}.C^3_5\)
Bài 2.2 (Sách bài tập trang 66)
Có bao nhiêu cách xếp 5 bạn nam và 5 bạn nữ vào 10 ghế được kê thành hàng ngang sao cho :
a) Nam và nữ ngồi xen kẽ nhau ?
b) Các bạn nam ngồi liền nhau ?
Hướng dẫn giải
Để xác định, các ghế được đánh số thứ tự từ 1 đến 10 tính từ trái sang phải.
a) Nếu các bạn nam ngồi ở các ghế ghi số lẻ thì các bạn nữ ngồi ở các ghế còn lại. Có 5! cách xếp bạn nam, 5! cách xếp bạn nữ. Tất cả có \(\left(5!\right)^2\) cách xếp
Nếu bạn nam ngồi ở các ghế ghi số chẵn, các bạn nữ ngồi ở các ghế còn lại thì có \(\left(5!\right)^2\) cách xếp nam và nữ. Vậy có tất cả \(2.\left(5!\right)^2\) cách xếp nam nữ ngồi xen kẽ nhau.
b) Các bạn nam được bố trí ngồi ở các ghế từ \(k\) đến \(k+4,k=1,2,3,4,5,6\). Trong mỗi trường hợp có \(\left(5!\right)^2\) cách xếp nam và nữ. Vậy có \(6.\left(5!\right)^2\) cách xếp mà các bạn nam ngồi cạnh nhau.
Bài 2.16 (Sách bài tập trang 67)
Sử dụng đồng nhất thức \(k^2=C^1_k+2C^2_k\) để chứng minh rằng :
\(1^2+2^2+....+n^2=\sum\limits^n_{k=1}C^1_k+2\sum\limits^n_{k=2}C^2_k=\dfrac{n\left(n+1\right)\left(2n+1\right)}{6}\)
Hướng dẫn giải
Ta có \(A=\sum\limits^n_{k=1}k^2=\sum\limits^n_{k=1}C^1_k+2\sum\limits^n_{k=1}C^2_k\)
Kết hợp với bài 2.15 ta được :
\(A=C_{n+1}^2+2C^3_{n+1}=\dfrac{n\left(n+1\right)}{2}+\dfrac{\left(n-1\right)n\left(n+1\right)}{3}=\dfrac{n\left(n+1\right)\left(2n+1\right)}{6}\)
Bài 2.1 (Sách bài tập trang 66)
Một cái khay tròn đựng bánh kẹo ngày tết có 6 ngăn hình quạt mầu khác nhau. Hỏi có bao nhiêu cách bày 6 loiaj bánh kẹo vào 6 ngăn đó ?
Hướng dẫn giải
Bài 2.8 (Sách bài tập trang 67)
Một giá sách 4 tầng xếp 40 quyển sách khác nhau, mỗi tầng xếp 10 quyển. Hỏi có bao nhiêu cách chọn các quyển sách sao cho từ mỗi tầng có :
a) Hai quyển sách ?
b) Tám quyển sách ?
Hướng dẫn giải
a) \(C^2_{10}\) cách chọn hai quyển từ tầng \(k,k=1,2,3,4\). Vậy có tất cả \(\left(C^2_{10}\right)^4\) cách chọn
b) Tương tự, có \(\left(C^8_{10}\right)^4=\left(C^2_{10}\right)^4\) cách chọn
Bài 2.17 (Sách bài tập trang 67)
a) Một lớp có 50 học sinh. Tính số cách phân công 4 bạn quét sân trường và 5 bạn xén cây bằng hai phương pháp để rút ra đẳng thức :
\(C_{50}^9C_9^4=C_{50}^4.C_{46}^5\)
b) Chứng minh công thức Niutơn :
\(C_n^r.C_r^k=C_n^k.C_{n-k}^{r-k}\) \(\left(n\ge r\ge k\ge0\right)\)
c) Tìm chữ số ở hàng đơn vị của tổng :
\(S=0!+2!+4!+6!+....+100!\)
Hướng dẫn giải
a) Chọn 4 trong 50 bạn để quét sân, sau đó chọn 5 trong 46 bạn còn lại để xén cây. Vậy có \(C^4_{50}.C^4_{46}\) cách phân công.
Từ đó ta có đẳng thức cần chứng minh
b) Lập luận tương tự
c) Ta có : \(0!=1;2!=2;4!=1.2.3.4=24\)
Các số hạng \(6!;8!;.....,100!\) đều có tận cùng là chữ số \(0\). Do đó chữ số ở hàng đơn vị của \(S\) là \(1+2+4=7\)
Bài 2.13 (Sách bài tập trang 67)
Có bao nhiêu tập con của tập hợp gồm 4 điểm phân biệt ?
Hướng dẫn giải
Số tập con của tập A gồm n phần tử là 2^n
Thật vậy, bằng quy nạp ta có :
Với n=0, tập rỗng có 2^0=1 tập con. Đúng.
Với n=1, có 2^1 = 2 tập con là rỗng và chính nó. Đúng.
Giả sử công thức đúng với n=k. Tức là số tập con của tập hợp gồm k phần tử là 2^k
Ta phải chứng minh công thức đúng với k+1.
Ngoài 2^k tập con vốn có, thêm cho mỗi tập cũ phần tử thứ k + 1 thì được một tập con mới. Vậy ta được 2^k tập con mới. Tổng số tập con của tập hợp gồm k + 1 phần tử (tức tổng số tập con của tập gồm 2^k phần tử và tập con mới tạo thành) là : 2^k + 2^k = 2^k . 2 = 2 ^(k+1). Đúng
=> Số tập con của tập A gồm n phần tử là 2^n.
Vậy số tập con của tập hợp gồm 4 điểm phân biệt là 2^4 = 16 tập con
Bài 2.18 (Sách bài tập trang 68)
Chứng minh rằng nếu n là số nguyên tố thì với \(r=1,2,n,.....n-1\), ta có \(C_n^r\) chia hết cho \(n\)
Hướng dẫn giải
Có thể chứng minh đẳng thức sau :
\(rC^r_n=nC^{r-1}_{n-1}\) \(\left(r=1,2,3,....,n-1\right)\)
Vì \(n\) là số nguyên tố và \(r< n\), nên \(n\) là ước của \(C^r_n\)
Bài 2.3 (Sách bài tập trang 66)
Có bao nhiêu cách xếp chỗ ngồi cho 10 bạn, trong đó có An và Bình, vào 10 ghế thành hàng ngang sao cho :
a) Hai bạn An và Bình ngồi cạnh nhau ?
b) Hai bạn An và Bình không ngồi cạnh nhau ?
Hướng dẫn giải
Bài 2.5 (Sách bài tập trang 66)
Bốn người đàn ông, hai người đàn bà và một đứa trẻ được xếp ngồi vào 7 chiếc ghế đặt quanh một bàn tròn. Hỏi có bao nhiêu cách xếp sao cho :
a) Đứa trẻ ngồi giữa hai người đàn bà
b) Đứa trẻ ngồi giữa hai người đàn ông
Hướng dẫn giải
Bài 2.15 (Sách bài tập trang 67)
Chứng minh rằng với \(1\le k< n\) :
\(C_{n+1}^{k+1}=C_n^k+C^k_{n-1}+....+C^k_{k+1}+C^k_k\)
Hướng dẫn giải
Ta có :
\(C^{k+1}_{n+1}=C^k_n+C_n^{k+1}\)
\(C^{k+1}_n=C^k_{n-1}+C_{n-1}^{k+1}\)
...........
\(C^{k+1}_{k+2}=C^k_{k+1}+C_{k+1}^{k+1}\)
Từ đó :
\(C^{k+1}_{n+1}=C^k_n+C_{n-1}^k+....C^k_{k+1}+C^{k+1}_{k+1}\)
= \(C^k_n+C_{n-1}^k+....+C^k_{k+1}+C^k_k\)
Bài 2.12 (Sách bài tập trang 67)
Một đa giác lồi 20 cạnh có bao nhiêu đường chéo ?
Hướng dẫn giải
Xét 1 đỉnh bất kì nối tới 17 đỉnh (trừ ra 2 đỉnh kề với đỉnh đang xét) ta được 17 đường chéo.
Có 20 đỉnh suy ra có 20 . 17 = 340 đường chéo.
Nhưng như thế mỗi đường chéo ta đã kể 2 lần.
Vậy số đường chéo trong 1 đa giác lồi 20 cạnh là \(\dfrac{340}{2}\) = 170 đường chéo.
Bài 2.6 (Sách bài tập trang 66)
Ba quả cầu được đặt vào 3 cái hộp khác nhau (không nhất thiết hộp nào cũng có quả cầu). Hỏi có bao nhiêu cách đặt, nếu :
a) Các quả cầu giống hệt nhau (không phân biệt)
b) Các quả cầu đôi một khác nhau
Hướng dẫn giải
a) Trong trường hợp này, số cách đặt bằng số các nghiệm \(\left(x_1,x_2,x_3\right)\) nguyên, không âm của phương trình \(x_1+x_2+x_3=3\). Từ đó, đáp số cần tìm là \(C^2_5=10\)
b) Quả thứ nhất có 3 cách đặt
Quả thứ hai có 3 cách đặt
Quả thứ ba có 3 cách đặt
Vậy số cách đặt là \(3^3=27\)
Bài 2.11 (Sách bài tập trang 67)
Từ tập hợp gồm 10 điểm nằm trên một đường tròn :
a) Vẽ được bao nhiêu tam giác ?
b) Vẽ được bao nhiêu đa giác ?
Hướng dẫn giải
a) Cứ ba điểm vẽ được 1 tam giác. Vì vậy có thể vẽ được \(C^3_{10}=120\) tam giác
b) Số đa giác vẽ được là tổng cộng của số tam giác, tứ giác, ngũ giác,..., thập giác.
Do đó vẽ được \(C^3_{10}+C^4_{10}+C^5_{10}+C^6_{10}+C^7_{10}+C^8_{10}+C^9_{10}+C^{10}_{10}=968\) đa giác
Bài 2.19 (Sách bài tập trang 68)
Cho một đa giác đều bảy cạnh, kẻ các đường chéo. Hỏi có bao nhiêu giao điểm của các đường chéo trừ các đỉnh
?
Hướng dẫn giải
Mỗi giao điểm của hai đường chéo ứng với một và chỉ một tập hợp gồm 4 điểm từ tập hợp 7 đỉnh của đa giác.
Vậy có \(C^4_7=35\) giao điểm
Bài 2.10 (Sách bài tập trang 67)
Một đoàn đại biểu gồm 4 học sinh được chọn từ một tổ gồm 5 nam và 4 nữ. Hỏi có bao nhiêu cách chọn sao cho trong đó có ít nhất một nam và ít nhất một nữ ?
Hướng dẫn giải
Bài 2.14 (Sách bài tập trang 67)
Có bao nhiêu cách xếp chỗ cho 4 bạn nữ và 6 bạn nam ngồi vào 10 ghế mà không có hai bạn nữ nào ngồi cạnh nhau, nếu :
a) Ghế sắp thành hàng ngang ?
b) Ghế sắp quanh một bàn tròn
Hướng dẫn giải
Có thể bạn quan tâm
Có thể bạn quan tâm
