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1 TEMA ANÁLISIS COMBINATORIO 2021-2 9 PREUNIVERSITARIO 2 Extendió las ideas de Pascal, en 1671, creó un “Staffelwalze”, un dispositivo que ejecutaba operaciones aritméticas básicas y raíces cuadradas; estos dispositivos fueron los antepasados de las computadoras actuales. El origen de los problemas de conteo o “teoría combinatoria” se relaciona con los juegos de azar, más concretamente, con los juegos de cartas y dados (Pascal y Fermat). GOTTFRIED LEIBNIZ Historia del Análisis Combinatorio 3 CUADRADOS MÁGICOS El cuadrado mágico pertenece a un grabado en cobre titulado “Melancolía” del artista alemán Alberto Durero, en el que existen diferentes combinaciones de cuatro números cuya suma es 34 y muchas combinaciones mágicas. Un cuadrado mágico de orden 𝒏 , es un tablero cuadrado de 𝒏 columnas y 𝒏 filas,, de modo que sea constante la suma de los números de cualquier fila, cualquier columna y cualquiera de las diagonales. 4 4 ANÁLISIS COMBINATORIO EN LA ACTUALIDAD El Análisis combinatorio está presente en el estudio de moléculas orgánicas, así como en el estudio de epidemias y diseño de experimentos; en economía está presente en problemas de transporte, asignación de tareas, almacenamiento y distribución, etc. El sistema de transporte en el Perú, al pasar los años, el parque automotor se incrementa y por ello se crea nuevas placas, aumentando dígitos o letras. 5 ANÁLISIS COMBINATORIO Es una parte de las matemáticas que estudia las diversas maneras de realizar ordenamientos o agrupaciones con todos o parte de los elementos (números, letras u objetos) de un conjunto dado; los cuales se diferencian entre sí, por el orden de ubicación de los elementos. 6 Principios Fundamentales 1. Principio de la Multiplicación Si el evento A se realiza de p formas diferentes y para cada una de estas formas existe un segundo evento B que se puede realizar de q formas diferentes, entonces la realización del evento A y B esto es, ocurren simultáneamente o uno a continuación de otro, se podrá hacer de: p . q formas. EJEMPLO 1: Edwin tiene dos sacos diferentes y tres corbatas diferentes. ¿De cuántas maneras distintas se puede vestir con estas prendas? RESOLUCIÓN: Edwin se puede vestir de 6 maneras distintas 1° FORMA: Por el diagrama del árbol 7 2° FORMA: N° DE SACOS N° DE CORBATAS 𝟐 𝟑N° DE MANERAS = X = 𝟔 EJEMPLO 2: ¿Cuántas placas para automóviles pueden hacerse si cada placa consta de dos letras diferentes seguidas de tres dígitos diferentes? (considerar 26 letras del alfabeto) RESOLUCIÓN: Letras Dígitos x x x x = 𝟒𝟔𝟖 𝟎𝟎𝟎# PLACAS = 𝟖𝟗𝟏𝟎𝟐𝟓𝟐𝟔 Por el principio de la multiplicación: 8 Si un evento A se puede realizar de p formas diferentes y un segundo evento B se puede realizar de q formas diferentes, además no es posible realizar los dos eventos a la vez (𝑨 ∩ 𝑩 = ∅), entonces la realización del evento A o B (ocurre solo uno de los eventos) se podrá hacer de: p + q formas. 2. Principio de la Adición EJEMPLO 3: Un parabrisas delantero de automóvil HONDA se vende en 9 tiendas de San Borja y en 7 tiendas de Surco. ¿De cuántas maneras se puede adquirir dicho parabrisas? RESOLUCIÓN: Por el principio de la adición: San Borja o Surco N° DE MANERAS = 𝟗 𝟕+ = 𝟏𝟔 Se puede adquirir de 𝟏𝟔 maneras 9 APLICACIÓN 1 RESOLUCIÓN: ¿De cuántas maneras diferentes se puede viajar de 𝐴 hacía 𝐶? 1) No pasando por 𝐵 2 Número de formas diferentes de viajar de 𝐴 hacía 𝐶 : Respuesta: 22 Analicemos dos casos: 2) Pasando por 𝐵 4 × 5 22 10 APLICACIÓN 2 RESOLUCIÓN # Maneras diferentes Número de maneras diferentes de cambiar la clave Respuesta: 255 Miguel desea abrir una cuenta sueldo en el banco ABC, para completar su pedido debe cambiar la clave de 4 dígitos otorgada por el banco, ¿de cuántas maneras diferentes podrá cambiar su clave?. Considere que las claves se generan de los dígitos 0,1,2,3. 1° 𝑫í𝒈𝒊𝒕𝒐 2° 𝑫í𝒈𝒊𝒕𝒐 3° 𝑫í𝒈𝒊𝒕𝒐 4° 𝑫í𝒈𝒊𝒕𝒐 𝟒 𝟒 𝟒 𝟒x x x = 𝟐𝟓𝟔 = = 𝟐𝟓𝟓 11 Factorial de un número Sea n un número entero positivo, se define el factorial de n, como el producto de todos los números enteros consecutivos desde 1 hasta n, este producto se denota por n!. EJEMPLO 4: 𝒏! = 1 × 2 × 3 × ⋯× 𝒏 , 𝒏 ∈ ℤ+ Convencionalmente: 𝟎! = 𝟏 entonces: 𝒏! = (𝒏 − 𝟏)! × 𝒏 4! = 1 x 2 x 3 x 4 = 24 5! = 1 x 2 x 3 x 4 x 5 = 120 𝟒! 𝟓! = 𝟒! × 𝟓 Observación: 𝟏! = 𝟏Además: 𝟖! = 𝟕! × 𝟖 𝟖! = 𝟔! × 𝟕 × 𝟖 𝟖! = 𝟓! × 𝟔 × 𝟕 × 𝟖 12 MÉTODOS DE AGRUPACIÓN PERMUTACIÓN Forma grupos ordenados, es decir, interesa el orden de los elementos COMBINACIÓN Forma grupos donde NO interesa el orden de los elementos . PERMUTACIÓN CIRCULAR (Los elementos son diferentes) PERMUTACIÓN LINEAL CON ELEMENTOS REPETIDOS COMBINACIÓN LINEAL CON ELEMENTOS DIFERENTES COMBINACIÓN LINEAL CON REPETICIÓN DE ELEMENTOS PERMUTACIÓN LINEAL CON ELEMENTOS DIFERENTES 13 1. Permutación lineal con elementos diferentes Sea el conjunto: {a, b, c }Método 1: . Los arreglos pueden ser: ab, ba, ac, ca, bc, cb Método 2: (principio de multiplicación) # Arreglos = 3 x 2 = 6 Método 3: Por fórmula Determine los diferentes arreglos o permutaciones que se pueden hacer con las letras: a, b y c , tomadas de dos en dos. EJEMPLO: RESOLUCIÓN: También se le conoce como variación. El número de permutaciones de 𝒏 objetos diferentes tomados en grupos de 𝒌 elementos, donde: 𝒌 ≤ 𝒏, está dado por: 𝑃 𝒏 𝒌 = 𝒏! 𝒏 − 𝒌 ! donde: 𝒏 ; 𝒌 ∈ ℕ Número de arreglos = 6 𝑃𝟐 = 𝟑! 𝟑 − 𝟐 ! = 𝟔 𝟑 se lee: permutación de n elementos tomados de k en k 𝑃(𝒏, 𝒌)= 14 APLICACIÓN 3 ¿De cuántas maneras diferentes 5 personas pueden viajar en un automóvil con 5 asientos, si solo dos de ellos pueden conducir? RESOLUCIÓN Empezamos con la posición más restringida que es el asiento del conductor ya que solo 2 personas pueden ocupar el asiento del conductor: N° de maneras diferentes de viajar: 𝟐 x Respuesta: 48 𝟏° 2° Asiento del conductor 𝟑° 𝟒° 𝟓° 𝑃4 4 = 2 × 𝟒! 𝟒 − 𝟒 ! = 𝟒𝟖 15 OBSERVACIÓN: Si consideramos 𝒌 = 𝒏, es decir, la permutación de los 𝒏 elementos, (tomados todos a la vez) es: EJEMPLO 5: 𝑷(𝒏) = 𝒏! Un padre tiene 3 hijos: Hugo, Luis y Saúl ¿De cuántas maneras distintas, temprano en las mañanas puede llamar a sus hijos nombrándolos uno por uno para que se despierten? RESOLUCIÓN: Las permutaciones son:HLS, HSL, LSH, LHS, SHL, SLH 6 maneras También: 𝑷(𝟑) = 𝟑! = 𝟏 × 𝟐 × 𝟑 = 𝟔 Estas agrupaciones se diferencian entre sí, sólo por el orden de sus elementos. 𝑃 𝒏 𝒏 = 16 APLICACIÓN 4 Se tiene 3 libros de Aritmética, 2 de Álgebra y 2 de Geometría, todos diferentes, ¿de cuántas maneras diferentes pueden ubicarse en un estante, si los libros de Aritmética siempre deben estar juntos?. RESOLUCIÓN Si los 3 libros de Arimética deben están juntas, tenemos 5 elementos en permutación lineal. 𝟐𝟏 𝟑 𝟓𝟒 Además del grupo de libros de Arimética que deben estar juntos, tenemos 3 elementos en permutación lineal. (permutación lineal de 5) (permutación lineal de 3) N°de maneras = 𝑷(𝟓) x 𝑷(𝟑) = 𝟓! x 𝟑! = 𝟏𝟐𝟎 x 𝟔 Respuesta: 720 y A A A 17 Como entran todos los elementos del conjunto y estos se repiten, se trata de una permutación con repetición: 2. Permutación lineal con elementos repetidos El número de permutaciones distintas de n elementos (tomando todos) en donde hay n1 objetos iguales entre si de un tipo; otros n2 objetos iguales entre si de un segundo tipo y así sucesivamente; está dado por la siguiente relación: 𝑃𝑅 𝒏 𝒏𝟏, 𝒏𝟐, 𝒏𝟑, … , 𝒏𝒌 = 𝒏! 𝒏𝟏! × 𝒏𝟐 ! × …× 𝒏𝒌! donde: 𝒏𝟏 + 𝒏𝟐 + 𝒏𝟑 +⋯+ 𝒏𝒌 = 𝒏 EJEMPLO 8: ¿De cuántas maneras distintas se podrán ordenar las siguientes figuras? RESOLUCIÓN: 𝟑, 𝟐, 𝟏, 𝟏 𝑃𝑅𝟕 = 𝟕! 𝟑! × 𝟐! × 𝟏! × 𝟏! = 𝟑! × 𝟒 × 𝟓 × 𝟔 × 𝟕 𝟑! × 𝟐 × 𝟏 × 𝟏 = 𝟒𝟐𝟎 1° FORMA: 18 2° FORMA: Veamos la deducciónde la fórmula, considerando: 𝟐𝟏 𝟐 𝟑𝟏 Con las marcas son figuras diferentes, se tiene una permutación lineal: 𝟕! = 𝟓𝟎𝟒𝟎 Veamos las doce permutaciones siguientes: 𝟐𝟏 𝟐 𝟑 𝟏 𝟐𝟏 𝟑 𝟐 𝟏 𝟐𝟐 𝟏 𝟑 𝟏 𝟐𝟐 𝟑 𝟏 𝟏 𝟐𝟑 𝟏 𝟐 𝟏 𝟐𝟑 𝟐 𝟏 𝟏 𝟏𝟏 𝟐 𝟑 𝟐 𝟏𝟏 𝟑 𝟐 𝟐 𝟏𝟐 𝟏 𝟑 𝟐 𝟏𝟐 𝟑 𝟏 𝟐 𝟏𝟑 𝟏 𝟐 𝟐 𝟏𝟑 𝟐 𝟏 𝟐 Si retiramos las marcas, se tiene el mismo ordenamiento. 𝟏𝟐 = 𝟑! × 𝟐! #maneras de ordenar los círculos #maneras de ordenar los cuadrados Esto es cierto para cada una de las otras posiciones posibles de dichas figuras #maneras = 𝟕! 𝟑! × 𝟐! = 𝟓𝟎𝟒𝟎 𝟏𝟐 = 𝟒𝟐𝟎 19 APLICACIÓN 5 Si un test psicológico consta de 10 preguntas que deben ser respondidas con V o F. ¿De cuántas maneras diferentes se puede contestar con 3V y 5F?. Sabiendo que sólo dos preguntas no fueron contestadas. RESOLUCIÓN: Como dos preguntas no fueron contestadas se puede identificar por la letra N dichas preguntas. Por ejemplo: Significa que el test fue contestado con V las primeras 3 preguntas, luego las preguntas desde 4 hasta la 8 fueron contestadas con F y las 2 últimas no fueron contestadas = = 𝟐 𝟓𝟐𝟎 Número de maneras diferentes de responder con dichas condiciones Por tanto, se debe permutar 10 elementos, de los cuales hay 3 V, 5 F y 2 N 𝟑, 𝟓, 𝟐 𝑃𝑅𝟏𝟎 = 𝟏𝟎! 𝟑! × 𝟓! × 𝟐! V V V F F F F F N N Respuesta: 2 520 20 3. Permutación circular Son agrupaciones o arreglos formando una línea cerrada, donde no hay primer ni último elemento. Dos permutaciones circulares son diferentes entre sí cuando uno de ellos no resulta de una rotación del otro. Estos elementos se ordenarán respecto al elemento fijo. ¿De cuántas formas diferentes puede sentarse 5 personas alrededor de una mesa circular? Ordenar 4 elementos: 𝑷𝑪𝒏El número de permutaciones circulares diferentes de n elementos es: = 𝒏 − 1 ! EJEMPLO 8: RESOLUCIÓN: Tomamos este elemento como referencial (posición fija). 𝑷(𝟒) = 𝟒! = 𝟐𝟒 Método 2:Método 1: Utilizando la fórmula: = 𝟓 − 𝟏 ! = 𝟒! = 𝟐𝟒𝑷𝑪𝟓 21 APLICACIÓN 6 ¿De cuántas maneras diferentes se podrán ubicar 9 personas alrededor de una fogata, si 3 de ellos desean estar juntos? Permutació n circular de 7 elementos Permutación de las personas que desean estar juntas # Maneras diferentes de ubicarse las 9 personas con dichas condiciones x 3!𝑷𝑪𝟕 RESOLUCIÓN : = 𝟔! × 𝟑! = 𝟒𝟑𝟐𝟎 Fogata Consideramos a las 3 personas que desean estar juntas como si fuese un solo elemento Se tiene 7 elementos que deben permutar alrededor de la fogata y las 3 personas que están juntas que también pueden permutar entre ellas Respuesta: 4 320 = 22 COMBINACIÓN Son los diferentes arreglos de k elementos que se pueden formar con los n elementos de un conjunto determinado, se debe tener en cuenta que al formar los arreglos no interesa el orden de ubicación de los elementos. NOTACIÓN: 𝒏 𝒌 o 𝐶𝒌 𝒏 se lee: combinación de n elementos tomados de k en k 𝐶 𝒌 𝒏El número de combinaciones de 𝒏 objetos diferentes tomados en grupos de 𝒌 elementos, donde: 𝒌 ≤ 𝒏, está dado por: = 𝒏! 𝒌! × 𝒏 − 𝒌 ! Una señora tiene 3 frutas : fresa, piña y manzana. ¿Cuántos sabores diferentes de jugo podrá preparar con estas frutas ? Empleando combinaciones pues no interesa el orden de la elección de la fruta # de jugos = diferentes Jugo de una fruta Jugo de dos frutas Jugo de tres frutas ó ó EJEMPLO 9: RESOLUCIÓN: 𝐶 𝟑 𝟏 𝐶 𝟑 𝟑 𝐶 𝟑 𝟐 = 𝟕++ = 𝟑! 𝟏!×𝟐! + 𝟑! 𝟐!×𝟏! + 𝟑! 𝟑!×𝟎! 𝐶(𝒏, 𝒌) = 23 APLICACIÓN 7 Con 8 puntos no colineales. a) ¿Cuántos segmentos diferentes se pueden formar?. b) ¿Cuántos triángulos diferentes se pueden formar?. RESOLUCIÓN: a) Número de segmentos diferentes: 𝐶 2 𝟖 = 𝟖! 𝟔! × 𝟐! Como un segmento se genera al unir dos vértices y un triángulo al unir tres vértices, por ejemplo: Luego: = 𝟐𝟖 b) Número de triángulos diferentes: 𝐶 3 𝟖 = 𝟖! 𝟓! × 𝟑! = 𝟓𝟔 Respuesta: 28 y 56 24 Combinación con repetición de elementos . Se consideran “n” elementos diferentes. . Se formará grupos de “k” elementos donde no interesa el orden de ellos. . En el grupo se puede repetir un mismo elemento; es decir, en un determinado grupo, un elemento puede aparecer varias veces. En dichas condiciones, el número de combinaciones está dada por: 𝒏 + 𝒌 − 𝟏𝐶 𝒌 𝒏𝐶𝑅 𝒌 = Entonces decimos que cada grupo es una combinación con repetición de estos 4 elementos formando grupos de 3. (a,a,a); (a,a,b); (a,a,c); (a,a,d); (a,b,b); (a,b,c); (a,b,d); (a,c,c); (a,c,d); (a,d,d); (b,b,b); (b,b,c); (b,b,d); (b,c,c); (b,c,d); (b,d,d); (c,c,c); (c,c,d); (c,d,d); (d,d,d) Utilizando la fórmula: EJEMPLO 10: 𝟒 + 𝟑 − 𝟏 𝐶 𝟑 𝟒 𝐶𝑅 𝟑 = 𝟔 𝐶 𝟑= = 𝟔! 𝟑! × 𝟑! = 𝟐𝟎 𝟐𝟎 combinaciones donde: 𝒌 < 𝒏 ; 𝒌 = 𝒏 ó 𝒌 > 𝒏 Si tenemos 4 objetos {a, b, c, d}, podemos formar grupos de 3 de ellos, donde se pueden repetir los elementos de un mismo grupo, como por ejemplo: (a, a, b); (a, a, a); … 25 Una heladería prepara copas de helados con 3 bolas de helado elegidas de entre 8 sabores diferentes. ¿Cuántas copas distintas pueden preparar si las 3 bolas pueden tener sabores repetidos? APLICACIÓN 8 RESOLUCIÓN: APLICACIÓN 9 RESOLUCIÓN: 𝟖 + 𝟑 − 𝟏 𝐶 𝟑 𝟖 𝐶𝑅 𝟑 = 𝟏𝟎 𝐶 𝟑= = 𝟏𝟎! 𝟑! × 𝟕! Entramos en una pastelería a comprar 5 pasteles y vemos que tienen pasteles de 4 tipos. ¿De cuántas formas diferentes se podría hacer la compra? = 𝟕! × 𝟖 × 𝟗 × 𝟏𝟎 𝟔 × 𝟕! = 𝟏𝟐𝟎 𝟒 + 𝟓 − 𝟏 𝐶 𝟓 𝟒 𝐶𝑅 𝟓 = 𝟖 𝐶 𝟓= = 𝟖! 𝟓! × 𝟑! = 𝟓! × 𝟔 × 𝟕 × 𝟖 𝟓! × 𝟔 = 𝟓𝟔 26 PROPIEDADES DE LOS NÚMEROS COMBINATORIOS Sean: 𝒏 ∈ ℤ+, 𝒌 ∈ ℤ+ ∪ {𝟎}, 𝒏 ≥ 𝒌 1. Igualdad de números combinatorios Si: = 𝒏 𝐶 𝒌 𝒎 𝐶 𝒓 𝑖 𝒎 = 𝒏 ∧ 𝒌 = 𝒓 𝑖𝑖 𝒎 = 𝒏 = 𝒌 + 𝒓ó 2. Combinatorios complementarios Ejemplo: Ejemplo: = 𝒏 𝐶 𝒌 𝒏 𝐶𝒏 − 𝒌 = 12 𝐶5 12 𝐶12 − 5 12 𝐶 7= 3. Suma de combinatorios 𝒏 𝐶 𝒌 𝒏 𝐶𝒌 + 𝟏 𝒏 + 𝟏 𝐶 𝒌 + 𝟏 9 𝐶 2 9 𝐶 3 10 𝐶 3 =+ =+ OBSERVACIÓN: 𝒏 𝐶 𝒌 𝒏 − 𝟏 𝐶𝒌 − 𝟏 𝒏 − 𝟏 𝐶𝒌+= 9 𝐶 5 8 𝐶 4 8 𝐶 5 +=Ejemplo: 27 Disminución de ambos índices: Ejemplo: 4. Disminución de índices 𝒏 𝐶𝒌 𝒏 − 𝟏 𝐶𝒌 − 𝟏= 𝒏 𝒌 8 𝐶5 = 8 5 7 𝐶4 Ejemplo: Disminución de índice superior: Disminución de índice inferior: Ejemplo: 𝒏 𝐶𝒌 𝒏 − 𝟏 𝐶𝒌= 𝒏 𝒏 − 𝒌 17 𝐶6 17 − 1 𝐶6 16 𝐶6= 17 17 − 6 = 17 11 𝒏 𝐶𝒌 𝒏 𝐶𝒌 − 𝟏= 𝒏 − 𝒌 + 𝟏 𝒌 10 𝐶4 10 𝐶4 − 1 10 𝐶3= 10 − 4 + 1 4 = 7 4 Resultados Notables: 𝒏 𝐶𝟎 𝒏 𝐶𝒏= = 𝟏 𝒏 𝐶𝟏 𝒏 𝐶𝒏 − 𝟏= = 𝒏 𝒏 𝐶𝟐 𝒏 𝐶𝒏 − 𝟐= = 𝒏(𝒏 − 𝟏) 𝟐 28 5. Binomio de Newton Ejemplo: 𝒂 + 𝒃 𝒏 = 𝒌=𝟎 𝒏 𝒂𝒌𝒃𝒏−𝒌 𝒏 𝒌 𝒏 ∈ ℤ+, 𝒌 ∈ ℤ+ ∪ {𝟎}, 𝒏 ≥ 𝒌 𝒏 𝟎 𝒏 𝟏 𝒏 𝟐 𝒏 𝟑 𝒏 𝒏 𝒏 𝒌 𝒏 𝒌 +⋯+ 𝒏 +⋯+ (−𝟏)𝒏 = 𝟎 + = + +⋯++ = 𝑘=0 𝑛 1𝑘1𝑛−𝑘 == 𝑘=0 𝑛 𝟏 + 𝟏 𝒏 = 𝟐𝒏 PROPIEDADES 𝒌=𝟎 𝒏 𝒏 𝟑 𝒏 𝒌 𝒏 𝟎 𝒏 𝟏 𝒏 𝟐 𝒏 𝟑 𝒏 𝒏 + + +⋯++ = 𝟐𝒏 𝒌=𝟏 𝒏 𝒌 𝒏 𝒌 + 𝟑+ 𝟐= 𝒏 𝟐 𝒏 𝒏 𝒏 𝟏 = 𝒏 . 𝟐 𝒏−𝟏 𝒏 𝒏 𝒌=𝟎 𝒏 (−𝟏)𝒌 𝒏 𝒌 𝒏 𝟑 −+− 𝒏 𝟐 𝒏 𝟏 = 𝒏 𝟎 29 APLICACIÓN 10 RESOLUCIÓN: Para buscar una vacuna contra el COVID-19 se encuentran 4 neumólogos, 3 infectólogos y 6 microbiólogos. ¿Cuántas comisiones de profesionales pueden formarse si cada una debe tener al menos uno de cada especialidad? POR LO MENOS UNO POR LO MENOS UNO POR LO MENOS UNO 𝑪𝟏 𝟑 + 𝑪𝟐 𝟑 + 𝑪𝟑 𝟑 = 𝟐𝟑 − 𝑪𝟎 𝟑 = 𝟕 𝑪𝟏 𝟒 + 𝑪𝟐 𝟒 +⋯+ 𝑪𝟒 𝟒 = 𝟐𝟒 − 𝑪𝟎 𝟒 = 𝟏𝟓 𝑪𝟏 𝟔 + 𝑪𝟐 𝟔 +⋯+ 𝑪𝟔 𝟔 = 𝟐𝟔 − 𝑪𝟎 𝟔 = 𝟔𝟑 LUEGO: N = (15)(7)(63) = 6615 Respuesta: 6 615 A 30 PROBLEMAS DE ANÁLISIS COMBINATORIO 2021-2 9 PREUNIVERSITARIO 31 Problema 1 RESOLUCIÓN: Una empresa desea distribuir 15 mascarillas KN95 a 3 familias de bajos recursos. ¿De cuántas maneras diferentes pueden hacerlo de modo que cada familia tenga al menos dos mascarillas? A) 50 B) 55 C) 60 D) 64 E) 76 De las 15 MascarillasKN - 95, primero repartimos 2 a cada familia. Los que quedan se puede repartir de cualquier manera a las familias: Por ejemplo: 11 elementos de donde 9 son Mascarillas y 2 son separadores que generan 3 grupos # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = 𝑃9; 2 11 = 11! 9! 𝑥 2! = 11 𝑥 10 2 = 𝟓𝟓 Clave B 32 Problema 2 RESOLUCIÓN: ¿De cuántas maneras diferentes se pueden colocar dos torres de distinto color en un tablero de ajedrez, de modo que estas no se ataquen? A) 512 B) 1024 C) 2048 D) 3136 E) 4032 Clave D # 𝐶𝑎𝑠𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟𝑜𝑠 = 8 𝑥 8 = 64 # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = 1° 𝑇𝑜𝑟𝑟𝑒 y 2° 𝑇𝑜𝑟𝑟𝑒 64 𝑥 (64 − 15) # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = 𝟑 𝟏𝟑𝟔 33 Problema 3 RESOLUCIÓN: ¿De cuántas maneras diferentes 5 personas: A; B; C; D y E pueden hacer cola para ingresar al banco, si C debe estar antes que E? A) 48 B) 60 C) 80 D) 120 E) 160 C 4 𝑥 𝑃3 3 = 24 𝑈𝑏𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒: 𝐸 y El resto C 3 𝑥 𝑃3 3 = 18 C 2 𝑥 𝑃3 3 = 12 C 1 𝑥 𝑃3 3 = 6 # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = 𝟔𝟎 Clave B 34 Problema 4 RESOLUCIÓN: Una empresa de informática diseña un test psicológico de 10 preguntas para sus trabajadores con alternativas: Siempre, Algunas veces, Nunca. ¿De cuántas maneras diferentes se puede contestar sólo 8 preguntas? # 𝑃𝑟𝑒𝑔𝑢𝑛𝑡𝑎𝑠 = 10 # 𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑟𝑒𝑔𝑢𝑛𝑡𝑎𝑠 = 3 # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = 𝐶8 10 𝐸𝑠𝑐𝑜𝑔𝑒𝑟 8 𝑝𝑟𝑒𝑔𝑢𝑛𝑡𝑎𝑠 y 𝑂𝑝𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑔𝑢𝑛𝑡𝑎 𝑥 (3 𝑥 3 𝑥 3 𝑥 3 𝑥 3 𝑥 3 𝑥 3 𝑥 3 ) # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = 45 𝑥 38 = 𝟐𝟗𝟓 𝟐𝟒𝟓 Clave A A) 295 245 B) 286 635 C) 257 224 D) 232 545 E) 204 192 35 Problema 5 RESOLUCIÓN: Un grupo formado por 8 personas se presta a iniciar un juego de mesa, con la condición de que dos personas siempre estén juntas ya que una de ellas recién está aprendiendo a jugar; y otras dos no pueden estar juntas porque pueden hacer trampa. ¿de cuántas maneras diferentes se podrán acomodar en forma circular para empezar el juego? A) 320 B) 420 C) 650 D) 960 E) 1 435 # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = 6! 𝑥 2 # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = [ 𝑃7 𝐶 𝑥 2] = 𝟗𝟔𝟎 Clave D Condición: ubicación circular 2 juntos y 6 restantes 2 grupos de 2 juntos y 4 restantes − # 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠 = − [ 𝑃6 𝐶 𝑥 2 𝑥 2] − 5! 𝑥 2 𝑥 2 A B C D E F G H 36 Problema 6 ¿De cuántas maneras diferentes se pueden distribuir 15 bolillas idénticas en 3 cajas de modo que cada caja tenga al menos dos bolillas? A) 45 B) 55 C) 65 D) 72 E) 84 RESOLUCIÓN: Primero colocamos 2 bolillas en cada caja Quedan 9 bolillas para distribuir en 3 cajas Cada distribución diferente es una permutación de 9 bolas iguales y 2 flechas iguales Número de maneras diferentes: N 𝑁 = 𝑃9,2 11 = 11! 9! 2! 𝑁 = 9! 10 11 9! 2! 𝑵 = 𝟓𝟓 CLAVE B 37 Problema 7 RESOLUCIÓN: ¿Cuántas ternas diferentes (𝑥, 𝑦, 𝑧) cumplen con la condición: 𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 12, tal que 𝑥, 𝑦, 𝑧 ∈ ℤ ∩ 0,9 A) 70 B) 72 C) 73 D) 80 E) 81 Son ternas ordenadas: (x ; y ; z) Suman 12 unidades: X = 3 Y = 4 Z = 5 Cada terna diferente es una permutación de 12unidades iguales y 2 signos (+) iguales. 𝑁 = 𝑃12,2 14 = 14! 12! 2! = 91= 14 × 13 2 ningún valor debe ser mayor que 9 12, 0, 0 11, 1, 0 10, 1, 1 10, 2, 0 3 ternas 6 ternas 3 ternas 6 ternas 18 ternas excluidas Son: (91 – 18) ternas = 73 ternas CLAVE C 38 Problema 8 De un grupo de 8 varones y 6 mujeres se requiere formar un comité mixto de 5 personas, con al menos 2 mujeres, Calcule la cantidad de maneras en que se puede formar el comité. A) 1 526 B) 1 520 C) 3 040 D) 56 E) 9 120 RESOLUCIÓN: Sean los grupos 2 damas de 63 varones de 8 3 damas de 62 varones de 8 4 damas de 61 varón de 8 La cantidad de grupos mixtos: N 𝑁 = 𝐶3 8𝐶2 6 + 𝐶2 8𝐶3 6 + 𝐶1 8𝐶4 6 𝐶3 8𝐶2 6 = 8 × 7 × 6 6 6 × 5 2 = 840 𝐶2 8𝐶3 6 = 8 × 7 2 6 × 5 × 4 6 = 560 𝐶1 8𝐶4 6 = 8 6 × 5 × 4 × 3 24 = 120 𝑁 = 840 + 560 + 120= 1520 CLAVE B 39 Problema 9 En una heladería se venden helados de 4 sabores; 5 hermanos compran uno cada uno, y luego se ubican alrededor de una mesa circular donde el menor y el mayor siempre están juntos, ¿de cuántas maneras pueden sentarse? A) 12 288 B) 24 576 C) 36 930 D) 38 282 E) 42 828 RESOLUCIÓN: c/u escoge un sabor H1 H2 H3 H4 H5 N1 = 4 x 4 x 4 x 4 x 4 Y a continuación se sientan N2 = (4 -1)!(2!) N2 = 3! (2)=12 eventos uno a continuación de otro N= 1024(12) N= 12 288 CLAVE A 40 40 Problema 11 Resolución Si colocamos 8 esferas en 5 urnas. A)¿De cuántas maneras diferentes se pueden ubicar, si las esferas son del mismo color? B)¿Y si cada esfera es de un color diferente? C)¿Y si las esferas son del mismo color, con la condición de que ninguna urna quede vacía? Dar como respuesta la suma de cifras del total de los resultados obtenidos en las partes A; B y C A) 15 B) 18 C) 21 D) 24 E) 28 , CLAVE D 𝐀) 𝐄𝟏 𝐄𝟐 … 𝐄𝟕 𝐄𝟖 𝐔𝟏 𝐔𝟏 … 𝐔𝟏 𝐔𝟏 𝐔𝟐 𝐔𝟐 … 𝐔𝟐 𝐔𝟐 . . . 𝐔𝟓 𝐔𝟓 … 𝐔𝟓 𝐔𝟓 𝟓 ∗ 𝟓 . . . 𝟓 ∗ 𝟓 = 𝟓𝟖 𝐁) 𝟓𝟖 𝐂) 𝟓𝟖 − 𝟓 − 𝟒 − 𝟑 − 𝟐 − 𝟏 Respuesta: 1171860 41 IDA VUELTA # maneras Problema 12 RESOLUCIÓN: ¿De cuántas maneras diferentes se puede viajar de 𝐴 hacía 𝐶 ida y vuelta si al volver, no se debe usar los caminos que se usó en la ida? A) 136 B) 150 C) 178 D) 240 E) 322 Total: 322DIRECTO (D) D E 2 * 5*4 D D 2 * 1 E E 4*5 * 4*3 E D 4*5 * 2 CLAVE E Pasando por B Con escala (E) 40 2 240 40 42 42 Problema 13 Resolución Sea el conjunto: A={x ∈ Z / 𝒙𝟐 < 26}. Si elegimos 5 elementos del conjunto A , ¿de cuántas formas el producto resulta ser negativo? A) 126 B) 180 C) 210 D) 250 E) 462 , CLAVE A𝑪𝟏 𝟓𝑪𝟒 𝟓 + 𝑪𝟑 𝟓𝑪𝟐 𝟓 + 𝑪𝟓 𝟓 = 𝟓 ∗ 𝟓 + 𝟏𝟎 ∗ 𝟏𝟎 + 𝟏 = 126 -5, -4. -3. -2. -1, 1, 2, 3, 4, 5 𝟏 𝟒 𝟑 𝟐 𝟓 𝟎 43 43 Problema 14 Resolución Una persona para obtener un ingreso adicional, alquila las 7 habitaciones de su casa: 4 en el primer piso y 3 en el segundo piso. Llegan 5 huéspedes: A, B, C, D, y E. A no acepta alojarse en una habitación del segundo piso; B, C no aceptan ir a una habitación del primer piso; D, E no tienen preferencias. ¿De cuántas maneras diferentes los 5 huéspedes pueden ser distribuidos en las 7 habitaciones del hotel? A) 288 B) 336 C) 504 D) 1 008 E) 2 520 , CLAVE A HABITACIONES 21 22 23 11 12 13 14 Ubicamos al huésped A 𝑪𝟏 𝟒 Ubicamos a B y C 𝑪𝟐 𝟑 ∗ 𝟐 Ubicamos a D y E 𝑪𝟐 𝟒 ∗ 𝟐 Respuesta: 4 * 6 * 12 = 288 44 44 Sabiendo que: Problema 15 Determine el valor de (𝑨. 𝑩) 𝟏 𝒏 RESOLUCIÓN: A) 48 B) 50 C) 54 D) 63 E) 72 𝑨 = 𝟔 + 𝟏 𝒏 = 𝟕 𝒏 B= 𝟖 + 𝟏 𝒏 = 𝟗 𝒏 𝑨𝑩 𝟏 𝒏 = 𝒏 𝟕 × 𝟗 𝒏 = 𝟔𝟑 CLAVE D 45 45 ¿De cuántas maneras diferentes se puede distribuir 10 monedas de diferente valor en dos bolsas diferentes, de manera que haya por lo menos una moneda en cada bolsa? A) 126 B) 256 C) 510 D) 1 022 E) 1056 RESOLUCIÓN: Debe haber por lo menos una moneda en cada bolsa Cada moneda tiene 2 posibilidades ൣ 𝟐 𝟐 … ]𝟐 − 𝟐 = 𝟐𝟏𝟎 − 𝟐 = 𝟏𝟎𝟐𝟐 Problema 16 Respuesta: 1 022 46 46 ¿Cuántas ternas (𝑥1, 𝑥2, 𝑥3) de números enteros cumplen: 𝑥1 + 𝑥2 + 𝑥3 = 17, con 𝑥1 ≥ −2, 𝑥2 ≥ 3, 𝑥3 ≥ 0 A) 144 B) 153 C) 170 D) 210 E) 285 RESOLUCIÓN: Problema 17 Para 𝒙𝟐 = 𝟑 → 𝒙𝟏 + 𝒙𝟑 = 𝟏𝟒 ; 𝒙𝟏 = −𝟐 ;−𝟏 ; 𝟎;… ; 𝟏𝟒 Para 𝒙𝟐 = 𝟒 → 𝒙𝟏 + 𝒙𝟑 = 𝟏𝟑 ; 𝒙𝟏 = −𝟐 ;−𝟏 ; 𝟎;… ; 𝟏𝟑 17 VALORES 18 VALORES Para 𝒙𝟐 = 𝟏𝟓 → 𝒙𝟏 + 𝒙𝟑 = 𝟐 ; 𝒙𝟏 = −𝟐 ;−𝟏 ; 𝟎, 𝟏, 𝟐 5 VALORES Para 𝒙𝟐 = 𝟏𝟗 → 𝒙𝟏 + 𝒙𝟑 = −𝟐 ; 𝒙𝟏 = −𝟐 1 VALOR … … … … TOTAL : 153 𝟏𝟕 . 𝟏𝟖 𝟐 Respuesta: 153 47 47 Problema 18 Veinte escolares asisten al centro recreacional Huampaní, los cuales llevan celular, cámara o ambos. Se sabe que 5 escolares llevan ambos accesorios y la proporción de escolares con solo cámara es a los escolares con solo celulares como 1 es a 2. Se forman grupos de 5 estudiantes para competir en diversos juegos. ¿De cuántas maneras se pueden formar los grupos que tengan un accesoriosolamente del mismo tipo? RESOLUCIÓN: A) 250 B) 251 C) 252 D) 253 E) 254 5 cámara celular k 2k 𝒌 + 𝟓 + 𝟐𝒌 = 𝟐𝟎 𝒌 = 𝟓 𝑪𝟓 𝟓 + 𝑪𝟓 𝟏𝟎 = 𝟏 + 𝟐𝟓𝟐 Total = 253 20 escolares Respuesta: 253 48 CLAVE: D Problema 19 Resolución Se tiene 10 vacunas, de las cuales 3 se encuentran en mal estado. Si se prueba una a continuación de otra y en la séptima prueba se logro determinar la tercera vacuna en mal estado, ¿De cuantas formas se pudieron haber hecho las pruebas? A) 26 B) 18 C) 20 D) 15 E) 30 MM MB B B B 3ra en mal estado Se deben permutar PR 6 4;2 = 6! 4! × 2! = 15 49 CLAVE: C Problema 20 Resolución De una promoción conformada por 56 estudiantes se reencuentran en una reunión social la séptima parte de ellos. ¿Cuantos saludos de mano se intercambian, si cada amigo estrecha la mano de todos los demás solo una vez? A) 21 B) 10 C) 28 D) 36 E) 20 Se reencuentran = 1 7 56 = 8 𝑎𝑚𝑖𝑔𝑜𝑠 Total de saludos de mano = 8 𝐶2 = 8! 2! × 6! = 28 50CLAVE: D Problema 21 Resolución Tres clubes de Europa están interesados en los once jugadores del equipo titular de la selección peruana de futbol participante en la última copa américa, cada club debe tener en cuenta al menos un jugador de la selección ¿De cuántas maneras podrán ser distribuidos los once jugadores en los equipos europeos? A) 336 B) 1 329 C) 5 940 D) 171 006 E) 40 320 Total de casos Que vayan a 2 clubes 2 11 − 2 × 3 3 x 3 x 3 x … x 3 J1 J2 J3 … J11 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 … … … C1 C2 C3 = 311 J1 J2 J3 … J11 C1 C2 C1 C2 C1 C2 … … C1 C2 2 x 2 x 2 x … x 2 - 2 C1C2, C1C3, C2C3 Que vayan a 1 club:3 # casos = 171 006 1 7 7 1 4 7 6138 =177147 – 6138 - 3 51 CLAVE: D Problema 22 Resolución Se tiene 7 pares de guantes utilizables de 7 marcas diferentes. ¿De cuántas maneras diferentes se puede seleccionar un par de guantes utilizables de tal manera que los 2 guantes sean de marcas distintas? A) 42 B) 49 C) 56 D) 84 E) 98 14 unidades 7 derechos 7 izquierdos Nro. de maneras diferentes = Elegimos cualquiera de las 14 unidades 14 Elegimos su par que no sea de la misma marca 6x = 84 52 En una empresa trabajan 3 economistas, 4 arquitectos y 5 ingenieros. ¿De cuántas maneras se puede seleccionar un grupo de profesionales si debe haber por lo menos uno de cada especialidad? A) 2825 B) 3125 C)3255 D) 4520 E)4096 Problema 23 RESOLUCIÓN: 3 Economistas 4 Arquitectos 5 Ingenieros CLAVE C Al menos un economista 3 1 + 3 2 + 3 3 4 1 + 4 2 + 4 3 + 4 4 Al menos un arquitecto 5 1 + 5 2 + 5 3 + 5 4 + 5 5 Al menos un ingeniero 𝟐𝟑 − 𝟏 = 𝟕 𝟐𝟒 − 𝟏 = 𝟏𝟓 𝟐𝟓 − 𝟏 = 𝟑𝟏 Número de maneras diferentes = (7)(15)(31) = 3255 53 Problema 24 RESOLUCIÓN: Se tiene un polígono regular de 30 lados, ¿cuántos triángulos podemos obtener uniendo tres vértices del polígono, si ningún lado del polígono debe ser un lado del triángulo? A) 3200 B) 3250 C) 3280 D) 4030 E) 4060 El total de triángulos que se forman con 30 vértices es: 𝐶3 30. La cantidad de triángulos que se forman usando un lado ó dos lados del polígono de 30 lados es: 30(27). Luego: N = C3 30 − 30 27 = 3250 CLAVE B CLAVE B 54 Problema 25 RESOLUCIÓN: José es un compulsivo apostador en “Metegolazo.com” (sitio web de apuestas deportivas). Para la fecha 12 del campeonato de la “LIGA UNO” de los 10 partidos que se van a programar él decide apostar al azar en el resultado final de cuatro partidos (gana local, gana visita o hay empates) solo puede hacer una apuesta por cada partido seleccionado. Además, en cada uno de estos partidos seleccionados, siempre apuesta por un equipo ganador ¿Cuántas apuestas diferentes puede hacer José? A) 3 200 B) 3 350 C) 3 360 D) 3 630 E) 3 800 Escoge 4 partidos de 10 Partido 1 Partido 2 Partido 3 GL GV GL GV GL GV 𝑁 = 𝐶4 10 × 2 × 2 × 2 × 2 2 2 2 = 210 ×16 = 𝟑𝟑𝟔𝟎 Partido 4 GL GV 2 CLAVE C 55 Una bandera está formada por siete franjas las cuales deben ser coloreadas con los colores azul, verde y rojo. Si cada franja debe tener un solo color y no puede usar colores iguales a las franjas adyacentes. ¿De cuántos modos se puede colorear la bandera? A) 64 B) 96 C)128 D)140 E)192 Problema 26 RESOLUCIÓN: Consideremos las posibles banderas de 7 franjas que se pueden formar: FRANJAS: 3 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 Número de formas diferentes de colorear la bandera es: 𝟑(𝟔𝟒)= 192 1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° CLAVE E 1.Cada franja toma uno de los 3 colores. 2. El color tomado debe diferir del adyacente. 3. Si la primera franja toma un color, la franja siguiente no puede tomar el color del anterior. 56 PROBLEMA N° 27 SOLUCIÓN A) 60 B) 120 C) 180 D) 210 E) 240 Clave D De cuantas maneras diferentes se puede ir de A hacia B, siempre avanzando y pasando por C C A B Camino de A a C: Se recorre 7 aristas: 5 horizontales y 2 verticales 𝑃2,5 7 = 7! 2!𝑥5! = 21 Camino de C a B: Se recorre 5 aristas: 3 horizontales y 2 verticales 𝑃2,3 5 = 5! 2!𝑥3! = 10 # Formas = 21 x 10 = 210 57 Problema 28 RESOLUCIÓN: Respuesta: 75 ¿Cuántas matrices diferentes de orden 2 × 2 con elementos enteros no negativos menores que 10 y determinante 40 existen? 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 𝑎 × 𝑑 − 𝑐 × 𝑏 = 40 5 8 0 0 6 7 2 1 7 7 3 3 7 8 8 2 6 8 4 2 6 8 8 1 𝑎 × 𝑑 − 𝑐 × 𝑏 = 40 8 8 8 3 8 8 4 6 8 9 4 8 7 7 9 1 7 8 4 4 6 9 2 7 5 9 1 5 2 4 1 4 2 2 4 2 2 4 2 4 4 5 8 0 k 36 58 Problema 29 RESOLUCIÓN: Respuesta: 240 Cuatro amigos Raúl, Felipe, Pedro y Víctor visitan el Cuzco y encuentran 5 hoteles (A; B; C; D y E), para poder hospedarse, ¿de cuántas formas pueden escoger sus hoteles, si Raúl no desea hospedarse en el hotel “E”, Víctor solo prefiere los hoteles A; B y C y Pedro en un hotel distinto al de Víctor? A) 108 B) 120 C) 240 D) 300 E) 360 Cada uno de los amigos elige un hotel: A B C D A B C A B C D E 𝟓 𝟒𝟒 𝟑x x xN° de maneras = = 𝟐𝟒𝟎 Clave C 59 Problema 30 RESOLUCIÓN: Calcule la suma de cifras de: 𝑆 = 𝑚=1 36 𝑛=1 25 𝑝=1 𝑛 𝑝2 Respuesta: 𝟐𝟕 𝑆 = 𝑚=1 36 𝑛=1 25 𝒏(𝒏 + 𝟏)(𝟐𝒏 + 𝟏) 𝟔 = 𝑚=1 36 𝟏 𝟔 𝑛=1 25 (𝟐𝒏𝟑 + 𝟑𝒏𝟐 + 𝒏) = 𝟏 𝟔 𝑚=1 36 𝟐 𝑛=1 25 𝒏𝟑 + 𝟑 𝑛=1 25 𝒏𝟐 + 𝑛=1 25 𝒏 = 𝟏 𝟔 𝑚=1 36 𝟐 𝟐𝟓 × 𝟐𝟔 𝟐 2 + 𝟑 𝟐𝟓 × 𝟐𝟔 × 𝟓𝟏 𝟔 + 𝟐𝟓 × 𝟐𝟔 𝟐 = 𝟏 𝟔 𝑚=1 36 𝟐𝟐𝟖 𝟏𝟓𝟎 = 𝟏 𝟔 × 𝟐𝟐𝟖 𝟏𝟓𝟎 × 𝟑𝟔 𝑺 = 𝟏 𝟑𝟔𝟖 𝟗𝟎𝟎 Suma de cifras: 27 A) 27 B) 30 C) 32 D) 38 E) 45 Clave A
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