Елементи комбінаторики та їх застосування при обчисленні ймовірностей

При обчисленні ймовірностей подій досить часто потрібно підраховувати кількість елементарних подій (сприятливих деякій події або всіх можливих подій). Здебільшого це зумовлює великі труднощі, подолати які допомагає комбінаторика, що вивчає способи підрахунку кількості розміщень, перестановок, комбінацій.

Перш ніж представити деталі, нагадаємо, що вираз n! читається «ен-факторіал» і означає добуток усіх натуральних чисел до n:

n! = 1 · 2 · 3 · ... · n,

причому вважають, що 0! = 1.

Розміщеннями із l елементів по k називають множини із k елементів, вибраних із l елементів, які можуть розрізнятися між собою як складом елементів, так і їх порядком. Наприклад, розміщеннями із трьох елементів по два будуть такі множини: {1; 2}, {1; 3}, {2; 1}, {2; 3}, {3; 1}, {3; 2}. Кількість усіх розміщень із l елементів по k визначають за формулою

(3)

Перестановками із l елементів називають множини із l елементів, що відрізняються лише їх порядком. Наприклад, перестановками із трьох елементів будуть такі множини: {1; 2; 3}, {1; 3; 2}, {2; 1; 3}, {2; 3; 1}, {3; 1; 2}, {3; 2; 1}. Кількість усіх перестановок із l елементів визначають так:

(4)

Комбінаціями із l елементів по k називають множини із k елементів, вибраних із l елементів, які розрізняються між собою тільки складом елементів. Наприклад, комбінаціями із трьох елементів по два будуть такі множини: {1; 2}, {1; 3}, {2; 3}. Кількість усіх комбінацій із l елементів по k визначають за формулою

(5)

Між переліченими поняттями існують такі співвідношення:

Приклад 3. Шістнадцять варіантів контрольної роботи написані на окремих картках і розподіляються випадковим чином серед 14 студентів, які сидять в одному ряду. Кожний студент отримує одну картку. Знайти ймовірність того, що: а) варіанти 1 і 2 не будуть використані; б) варіанти 1 і 2 видадуть студентам, які сидять поруч.

Розв’язання. Маємо випробування розподілу 16 білетів серед 14 студентів. У цьому разі події відрізняються одна від одної не лише номерами варіантів, що розподіляються серед студентів, а й порядком розподілу. Тому такі сполучення називають розміщеннями, а кількість таких розміщень визначається за формулою (3):

а) Позначимо через А подію, яка полягає в тому, що варіанти 1 і 2 залишаться нерозподіленими. Тоді інші 14 білетів розподіляться серед 14 студентів. Такі сполучення називають перестановками, а їх кількість визначається за формулою (4):

m = Р₁₄ = 14!

Отже, застосувавши класичну формулу ймовірності (1), матимемо:

б) Нехай подія В полягає в тому, що варіанти 1 і 2 видані студентам, які сидять поруч. У ряду із 14 місць є 13 пар сусідніх місць, причому в кожній парі варіанти можуть розподілятися двома способами:

m₁ = 13 · 2 = 26.

Інші 14 варіантів білетів розподіляються між 12 студентами

способами. Тому події В сприяють

наслідків.

Отже, імовірність події В

·

Приклад 4. У податковій адміністрації зареєстровано 6 приватних і 4 державних підприємства. Знайти ймовірність того, що серед навмання вибраних трьох підприємств приватними будуть: а) три; б) два; в) не більше одного.

Розв’язання. Оскільки, не ставиться умова впорядкованості підмножини із вибраних трьох підприємств, то потрібно використати комбінації.

Тоді . Для пункту а) одержимо: m = = 20. .

Пункт б) відрізняється від попереднього тим, що вибрана тут група із трьох підприємств включає два приватні й одне державне. За правилом множення одержимо: m = = 15 ∙ 4 = 60. .

Для виконання пункту в) розкриємо зміст словосполучення «не більше одного». Воно означає «одне або жодного».

Тоді m = = 6 ∙ 6 + 4 = 40. . ·