Hoán vị - chỉnh hợp - tổ hợp - bài toán đếm
Kỳ thi ĐGNL ĐHQG Hà Nội
Cho \(k,\,\,n\)\(\,(k < n)\) là các số nguyên dương. Mệnh đề nào sau đây SAI?
Ta có:
\(C_n^k = C_n^{n - k},\,\,C_n^k = \dfrac{{n!}}{{k!\left( {n - k} \right)!}};\,\,A_n^k = k!C_n^k\) là các công thức đúng.
Có bao nhiêu cách xếp \(5\) học sinh thành một hàng dọc?
Mỗi cách xếp cho ta một hoán vị của 5 học sinh và ngược lại.
Vậy số cách xếp là \({P_5} = 5! = 120\) (cách).
Cho các chữ số 0, 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9; có thể lập được bao nhiêu số tự nhiên chia hết cho 15, gồm 4 chữ số đôi một khác nhau?
Gọi số tự nhiên có 4 chữ số khác nhau là \(\overline {abcd} \,\,\left( {a \ne 0} \right)\).
Để một số chia hết cho 15 thì số đó phải chia hết cho 3 và cho 5.
\( \Rightarrow d \in \left\{ {0;5} \right\}\).
TH1: \(d = 0\), số cần tìm có dạng \(\overline {abc0} \).
Để số cần tìm chia hết cho 3 thì \(a + b + c\,\, \vdots \,\,3\).
Ta có các nhóm: \(\left\{ \begin{array}{l}9\,\, \equiv \,\,0\left( {\bmod 3} \right)\\\left\{ {1;4;7} \right\} \equiv 1\,\,\left( {\bmod 3} \right)\\\left\{ {2;5;8} \right\} \equiv 2\,\,\left( {\bmod 3} \right)\end{array} \right.\)
+) \(a,\,\,b,\,\,c \equiv 1\,\,\left( {\bmod 3} \right) \Rightarrow a,\,\,b,\,\,c \in \left\{ {1;4;7} \right\}\).
\( \Rightarrow \) Có \(3!\) cách chọn.
+) \(a,\,\,b,\,\,c \equiv 2\,\,\left( {\bmod 3} \right) \Rightarrow a,\,\,b,\,\,c \in \left\{ {2;5;8} \right\}\).
\( \Rightarrow \) Có \(3!\) cách chọn.
+) Trong 3 số \(a,\,\,b,\,\,c\) có 1 số chia hết cho 3, 1 số chia 3 dư 1, 1 số chia 3 dư 2.
\( \Rightarrow \) Có \(1.C_3^1.C_3^1.3!\) cách chọn.
\( \Rightarrow \) Có \(3! + 3! + 1.C_3^1.C_3^1.3! = 66\) số.
TH2: \(d = 5\), số cần tìm có dạng \(\overline {abc5} \).
Để số cần tìm chia hết cho 3 thì \(a + b + c + 5\,\, \vdots \,\,3\), trong đó \(5 \equiv 2\,\,\left( {\bmod 3} \right)\).
Ta có các nhóm: \(\left\{ \begin{array}{l}\left\{ {0;9} \right\}\,\, \equiv \,\,0\left( {\bmod 3} \right)\\\left\{ {1;4;7} \right\} \equiv 1\,\,\left( {\bmod 3} \right)\\\left\{ {2;8} \right\} \equiv 2\,\,\left( {\bmod 3} \right)\end{array} \right.\)
+) Trong 3 số \(a,\,\,b,\,\,c\) có 2 số chia hết cho 3, 1 số chia 3 dư 1.
- Ta chọn số chia hết cho 3 trước: Có 1 cách chọn. Chọn tiếp số chia cho 3 dư 1, có \(C_3^1\) cách chọn. Sắp xếp các số này có 3! cách. Theo quy tắc nhân có: \(C_3^1.3!\) cách chọn.
Trong các cách chọn này có số có chữ số 0 ở đầu nên ta phải trừ đi các cách chọn a,b,c có a=0, ta cần tìm \(\overline {bc}\):
Chọn số chia hết cho 3 có 1 cách, chọn số chia 3 dư 1 có \(C_3^1\) cách. Sắp xếp hai số này có 2! cách. Số cách chọn \(\overline {bc}\) là \(C_3^1 .2!\)
\( \Rightarrow \) Có \(C_3^1.3! - C_3^1.2! = 12\) cách chọn.
+) Trong 3 số \(a,\,\,b,\,\,c\) có 1 số chia hết cho 3, 2 số chia 3 dư 3.
\( \Rightarrow \) Có \(C_2^1.3! - 2! = 10\) cách chọn.
+) Trong 3 số \(a,\,\,b,\,\,c\) có 1 số chia 3 dư 1, 1 số chia 3 dư 2.
\( \Rightarrow \) Có \(C_3^2.C_2^1.3! = 36\) cách chọn.
Vậy có tất cả \(66 + 12 + 10 + 36 = 124\) số thỏa mãn.
Có bao nhiêu số tự nhiên có 4 chữ số mà tổng tất cả các chữ số của số đó bằng 7.
Gọi số cần tìm có dạng \(\overline {abcd} \) \(\left( {a,\,\,b,\,\,c,\,\,d \in \mathbb{N},\,\,0 \le a,\,\,b,\,\,c,\,\,d \le 9,\,\,a \ne 0} \right)\).
TH1: Trong 4 chữ số a, b, c, d có 3 chữ số bằng 0 \( \Rightarrow b = c = d = 0,\,\,a = 7\).
Do đó có 1 số thỏa mãn.
TH2: Trong 4 chữ số a, b, c, d có 2 chữ số bằng 0.
- Chọn vị trí cho 2 chữ số 0 có \(C_3^2 = 3\) cách.
- Tổng hai chữ số còn lại là 7, ta có \(7 = 6 + 1 = 5 + 2 = 4 + 3 = 3 + 4 = 2 + 5 = 1 + 6\) nên có 6 cách chọn 2 chữ số còn lại.
Do đó trường hợp này có 18 số.
TH3: Trong 4 chữ số a, b, c, d có 1 chữ số bằng 0.
- Chọn vị trí cho 1 chữ số 0 có \(C_3^1 = 3\) cách.
- Tổng 3 chữ số còn lại bằng 7, ta có: \(7 = 1 + 1 + 5 = 1 + 2 + 4 = 1 + 3 + 3 = 2 + 2 + 3\).
+ Với bộ số (1;2;4) có \(3! = 6\) cách chọn 3 chữ số còn lại.
+ Với 3 bộ số còn lại có \(\dfrac{{3!}}{{2!}} = 3\) cách chọn 3 chữ số còn lại.
Do đó trường hợp này có \(3.\left( {6 + 3.3} \right) = 45\) số.
TH4: Trong 4 chữ số a, b, c, d không có chữ số nằm bằng 0.
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}7 = 1 + 1 + 1 + 4\\7 = 1 + 1 + 2 + 3\\7 = 1 + 2 + 2 + 2\end{array} \right.\).
+ Với bộ số (1;1;1;4), có \(\dfrac{{4!}}{{3!}} = 4\) cách chọn 4 chữ số a, b, c, d.
+ Với bộ số (1;1;2;3), có \(\dfrac{{4!}}{{2!}} = 12\) cách chọn 4 chữ số a, b, c, d.
+ Với bộ số (1;2;2;2), có \(\dfrac{{4!}}{{3!}} = 4\) cách chọn 4 chữ số a, b, c, d.
Do đó trường hợp này có 4 + 12 + 4 = 20 số thỏa mãn.
Vậy có tất cả: 1 + 18 + 45 + 20 = 84 số.
Một nhóm gồm 2 học sinh lớp 10, 2 học sinh lớp 11 và 2 học sinh lớp 12 xếp thành hai hàng ngang để chụp ảnh, mỗi hàng 3 người. Gọi n là số cách xếp sao cho 2 học sinh lớp 10 đứng ở hàng phía trước và 2 học sinh lớp 12 đứng ở hàng phía sau. Tính n.
Đáp án:
Đáp án:
Số cách xếp hai học sinh lớp 10 ở hàng phía trước là \(A_3^2\)
Số cách xếp hai học sinh lớp 12 ở hàng phía sau là \(A_3^2\)
Còn 2 chỗ trống. Số cách xếp hai học sinh lớp 11 ở hai vị trí còn lại là \(A_2^2\)
Vậy tổng số cách xếp có thể là \(A_3^2.A_3^2.A_2^2 = 72\)
$=>n=72$
Một lớp 11 có 30 học sinh, gồm 15 nam và 15 nữ. Gọi a là số cách xếp các học sinh thành hai hàng, một hàng nam và một hàng nữ trong lúc tập thể dục giữa giờ. Tính a.
Đáp án:
$^2$
Đáp án:
$^2$
Bước 1: Xếp học sinh nam
Xếp 15 học sinh nam thành một hàng có \(15!\) cách.
Bước 2: Xếp học sinh nữ
Xếp 15 học sinh nữ thành một hàng có \(15!\) cách.
Bước 3: Tính số cách xếp
Hoán đổi vị trí 2 hàng có \(2! = 2\) cách.
Vậy số cách xếp thỏa mãn là \(2.{\left( {15!} \right)^2}\).
Cho 10 điểm trong không gian, trong đó không có 3 điểm nào thẳng hàng. Nếu trong 10 điểm trên không có 4 điểm nào đồng phẳng thì có bao nhiêu tứ diện được tạo thành?
Bước 1: Xác định yếu tố cấu thành tứ diện
Một tứ diện được tạo thành là một cách chọn 4 điểm phân biệt không đồng phẳng trong 10 điểm.
Bước 2: Sử dụng công thức tổ hợp.
Số cách chọn 4 điểm trong 10 điểm: \(C_{10}^4 = 210\) cách.
Vậy số tứ diện là 210 tứ diện.
Trong kì thi học sinh giỏi có 10 học sinh đạt tối đa điểm môn Toán trong đó có 4 học sinh nam và 6 học sinh nữ. Nhà trường muốn chọn một nhóm 5 học sinh trong 10 học sinh trên để tham dự buổi lễ tuyên dương khen thưởng. Tính số cách chọn một nhóm gồm 5 học sinh mà có cả nam và nữ và số học sinh nam ít hơn số học sinh nữ.
Đáp án:
Đáp án:
TH1: Chọn 1 học sinh nam và 4 học sinh nữ có \(C_4^1.C_6^4 = 60\) cách.
TH2: Chọn 2 học sinh nam và 3 học sinh nữ có \(C_4^2.C_6^3 = 120\) cách.
Vậy có tất cả \(60 + 120 = 180\) cách chọn 5 học sinh mà có cả nam và nữ, đồng thời số học sinh nam ít hơn số học sinh nữ.
Điền số thích hợp vào ô trống:
Có 5 cuốn sách toán khác nhau và 5 cuốn sách văn khác nhau. Có bao nhiêu cách sắp xếp chúng thành 1 hàng sao cho các cuốn sách cùng môn thì đứng kề nhau?
Đáp án:
Đáp án:
Bước 1: Tính số cách sắp xếp 5 sách toán đứng cạnh nhau và 5 sách văn đứng cạnh nhau.
Ta có số cách sắp xếp 5 cuốn sách toán khác nhau là $5!$
Số cách sắp xếp 5 cuốn sách văn khác nhau là $5!$
Bước 2: Sắp xếp 10 cuốn thành 1 hàng ngang.
Có 2 cách để sắp xếp 5 cuốn sách toán khác nhau và 5 cuốn sách văn khác nhau thành 1 hàng ngang.
Do đó số cách xếp thỏa mãn bài toán là $2.5!.5!=28800$
Một thầy giáo có 20 quyển sách khác nhau gồm 7 quyển sách Toán, 5 quyển sách Lí và 8 quyển sách Hóa. Thầy chọn ra 9 quyển sách để tặng cho học sinh. Hỏi thầy giáo đó có bao nhiêu cách chọn sao cho số sách còn lại của thầy có đủ 3 môn?
Đáp án:
Đáp án:
Bước 1: Số cách chọn ra 9 quyển sách bất kì
Số cách chọn ra 9 quyển sách bất kì có \(C_{20}^9 = 167960\).
Bước 2: Tìm số cách chọn sao cho số sách còn lại của thầy không có đủ 3 môn
Ta tìm số cách chọn sao cho số sách còn lại của thầy không có đủ 3 môn.
Vì số sách còn lại của thầy không đủ ba môn nên thầy đã tặng hết ít nhất một môn.
TH1: Tặng 7 quyển sách Toán + 2 quyển sách khác sách Toán: có \(C_7^7.C_{13}^2 = 78\) cách
TH2: Tặng 5 quyển sách Lí + 4 quyển sách khác sách Lí: có \(C_5^5.C_{15}^4 = 1365\) cách.
TH3: Tặng 8 quyển sách Hóa + 1 quyển sách khác sách Hóa: có \(C_8^8.C_{12}^1 = 12\) cách.
\( \Rightarrow \) số cách chọn sao cho số sách còn lại của thầy không có đủ 3 môn là: \(78 + 1365 + 12 = 1455\) cách.
Bước 3: Lấy phần bù
Vậy số cách chọn sao cho số sách còn lại của thầy có đủ 3 môn là: \(167960 - 1455 = 166505\) cách.
Từ các chữ số 0; 1; 2; 3; 5; 8 có thể lập được bao nhiêu số tự nhiên lẻ có bốn chữ số đôi một khác nhau và phải có mặt chữ số 3.
Đáp án:
Đáp án:
Bước 1:
Gọi số tự nhiên có 4 chữ số khác nhau là \(\overline {abcd} \,\,\left( {a \ne 0} \right)\).
Bước 2: \(d = 3\)
TH1: \(d = 3\).
Số cách chọn \(a\) là 4 cách.
Số cách chọn \(b,\,\,c\) là: \(A_4^2 = 12\) cách.
\( \Rightarrow \) Có \(4.12.1 = 48\) số.
Bước 3: $d \ne 3$
TH2: \(d \ne 3 \Rightarrow d \in \left\{ {1;5} \right\} \Rightarrow \) Có 2 cách chọn \(d\).
2a) Nếu \(a = 3 \Rightarrow \) Có 1 cách chọn \(a\).
Số cách chọn \(b,\,\,c\) là \(A_4^2 = 12\) cách.
\( \Rightarrow \) Có \(2.1.12 = 24\) số.
2b) Nếu \(a \ne 3 \Rightarrow \) Có 3 cách chọn \(a\).
Vì một trong hai số b và c phải có 1 số bằng 3 nên:
Số cách chọn \(b,\,\,c\) là: 2.3=6 cách.
\( \Rightarrow \) Có \(2.3.6 = 36\) số.
Bước 4: Sử dụng quy tắc cộng tính tổng các số tìm được
Vậy có tất cả \(48 + 24 + 36 = 108\) số.
