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TÉCNICAS DE CONTEO: COMBINACIONES Y PERMUTACIONES Matemática Discreta Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Tucumán 1 ¿Cuántas son las claves bancarias formadas por 4 dígitos distintos que no comiencen en cero? ¿Cuántas palabras de tres letras pueden formarse a partir de las letras del conjunto { a , b , x , y } si no se permiten repeticiones ¿Cuántas palabras de longitud 7 del alfabeto A = {a,b,c} tienen la propiedad de que la letra “a” aparece un número par de veces? 2 Las técnicas que permiten contar la cantidad de elementos de un conjunto, ya sean de objetos de cualquier naturaleza, eventos o sucesos posibles sin contarlos uno por uno, se basan en dos principios: • PRINCIPIO DE LA MULTIPLICACION • El PRINCIPIO DE ADICION, aplicable a casos donde participan las operaciones entre conjuntos. Las TÉCNICAS DE CONTEO son importantes en Matemáticas y en las Ciencias De La Computación, particularmente para el análisis de algoritmos. 3 Un conjunto es un grupo o colección de objetos todos distintos, a los que se conoce como ELEMENTOS del mismo. Bien definido, significa que es posible decidir si un objeto dado pertenece o no al conjunto. A= { x/ x es una vocal del abecedario} A tiene 5 ELEMENTOS CONJUNTOS Cardinal de un conjunto finito Es el número de ELEMENTOS del mismo 4 5 6 7 . CONJUNTO VACIO, UNITARIO Y UNIVERSAL 8 • Un conjunto se dice vacio si no tiene elementos. Su cardinal es 0 y se lo indica con . Y con { } • Un conjunto se dice Unitario si tiene exactamente un elemento. Su cardinal es 1 • Al conjunto que contiene todos los elementos del tema de referencia se le llama Conjunto universal y se denota con la letra U. , 9 . Propiedades de la Inclusión 10 1) 1) Si A es un conjunto cualquiera, se cumple que a) A A b) Ø A c) A U 2) Si A , B y C son conjuntos cualesquiera, se cumple que: a) Si A B y B A entonces A = B, también vale el recíproco b) Si A B y B C entonces A C Sea A un conjunto en un universo U. Definimos la siguiente función: 11 12 13 Conjunto Potencia o Conjunto Partes de un conjunto Si A es un conjunto, el conjunto de todos los subconjuntos de A se denomina conjunto potencia de A o conjunto partes de A y se designa por P(A). Ejemplo: Si A = {a,b} entonces P (A) = { Ø , {a} , {b} , A }. Observaciones Diremos que Ø P(A) , A P(A) ,.. También que {Ø} P(A) , {{a}} , {{b}} P(A),… 14 Sea A un conjunto con n elementos. ¿Cuántos subconjuntos tiene A? CCada subconjunto de A puede expresarse como un arreglo de ceros y unos de longitud n. El primer elemento del arreglo puede llenarse de dos maneras (con un cero o con un uno), y esto es igualmente cierto para todos los elementos que le siguen. En consecuencia hay 222x2x2…..2 x2x2 = 2n 2nn n factores 15 NÚMERO Combinatorio 50 Sea A un conjunto de n elementos y r natural tal que 0r n. Entonces el número nCr , Es el número que cuenta la cantidad de subconjuntos de r elementos tomados de los n que tiene dicho conjunto. Ejemplo: si el número de elementos de un conjunto es n=4, entonces la cantidad de subconjuntos de 2 elementos tomados de los 4 es el número combinatorio 6 )!24(!2 !4 2 4 )!(! ! rnr n r n Sea A un conjunto con n elementos. ¿Cuántos subconjuntos tiene A? O sea: ¿Cuántos elementos tiene P(A)? Contamos la cantidad de elementos que tiene P(A) que es lo mismo que la cantidad de subconjuntos de A: Caso particular: n = 4 Si A = {a,b,c,d} entonces P(A) tiene 24 = 16 elementos 17 P (A) = { Ø , {a} , {b}, {c} , {d} , {a,b} , {a,c} , {a,d} , {b,c} , {b,d} {c,d} , {a,b,c}, {a,b,d}, {c,b,d}, {a,c,d},{a,b,c,d}} P(A) tiene = 1 subconjuntos con ningún elemento, siendo 0! = 1, = n subconjuntos con 1 elemento , Subconjuntos con 2 elementos , subconjuntos con 3 elementos…….. subconjuntos con n-3 elementos, subconjuntos con n-2 elementos, subconjuntos con n-1 elementos y subconjuntos con n elementos . En tonal tiene 2n puesto que la suma de todas las cantidades es + + + …………… + + + + = (1+1)n 0 n 1 n 2 n 3 n 3 n n 2 n n n n 1 n n 0 n 1 n 2 n 1 n n 2 n n 3 n n n n Observamos inmediatamente que vale la igualdad = rn n r n 18 TRIÁNGULO DE PASCAL- NÚMEROS BINOMIALES PERMUTACIONES Cuando cambia el orden de los elementos en una secuencia en la que no se permiten repeticiones se denomina “Permutación”. Dos arreglos que tienen los mismos elementos pero varían en el orden son diferentes . La permutaciones se cuentan con n! n! = n (n-1)(n-2)(n-3)…..3.2.1 Con el número n! contamos todos los arreglos posibles que se obtienen al permutar la lista de todos los elementos de un conjunto A cuyo cardinal sea n 44 PERMUTACIONES Si permutamos los elementos de un subconjunto de tamaño r tomados de un conjunto A cuyo cardinal es n, todos los arreglos que se obtienen se cuentan de la siguiente manera, siempre aplicando el principio de la multiplicación: O sea permutando todos los elementos de cada subconjunto de r elementos que se obtienen de los n que tiene el conjunto A 44 )1)...(2)(1( )!(! !! ! rnnnn rnr nr r n r NÚMERO DE Arreglos a partir de los elementos de un conjunto A con repetición 41 Sea A un conjunto de n elementos y r natural tal Entonces el número de secuencias de longitud r que pueden formarse con los elementos de A , permitiendo repeticiones, es n.n.n….. .n.n = nr r factores ALFABETOS Y CADENAS • Dado un conjunto A. Se define el conjunto A* como aquel formado por todas las sucesiones finitas de los elementos de A. En general A no es un conjunto numérico sino un conjunto de símbolos. En este caso a A se le llama ALFABETO, y a las sucesiones finitas que forman A* se las llama PALABRAS procedentes de A, o CADENAS de A. • En este caso, al escribir las sucesiones que hay en A* no se usan comas. Se supone que A* contiene a la SUCESIÓN VACÍA o CADENA VACÍA, que no contiene símbolos, y se designa por 57
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