De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
În matematică , coeficientul binomial{\ displaystyle {n \ alege k}} (care scrie „ {\ displaystyle n} pe {\ displaystyle k} ") este un număr întreg negativ definit prin următoarea formulă
- {\ displaystyle {n \ choose k} = C (n; k) = {\ frac {n!} {k! \ cdot \ left (nk \ right)!}}, \ qquad n, k \ in \ mathbb { N}, 0 \ leq k \ leq n,}
unde este {\ displaystyle n!} este factorialul {\ displaystyle n} . De asemenea, poate fi calculat folosind triunghiul Tartaglia . Oferă numărul de combinații simple de {\ displaystyle n} elemente de clasă {\ displaystyle k} .
De exemplu:
- {\ displaystyle {5 \ choose 3} = {\ frac {5!} {3! (5-3)!}} = {\ frac {5 \ cdot 4 \ cdot 3 \ cdot 2 \ cdot 1} {3 \ cdot 2 \ cdot 1 \ cdot (2 \ cdot 1)}} = {120 \ over 12} = 10}
este numărul de combinații de {\ displaystyle 5} obiecte luate {\ displaystyle 3} la un moment dat.
Proprietate
Coeficientul binomial are următoarele proprietăți:
- {\ displaystyle {n \ choose 0} = {n \ choose n} = 1.}
- Demonstrație formală:
- {\ displaystyle {n \ choose 0} = {{n!} \ over {0! (n-0)!}} = {n! \ peste n!} = 1}
- {\ displaystyle {n \ choose n} = {{n!} \ over {n! (nn)!}} = {n! \ peste n!} = 1.}
- Dovadă combinatorie: combinațiile de {\ displaystyle n} elemente de lungime o {\ displaystyle n} ele sunt în mod evident doar una: respectiv mulțimea goală sau întregul set de {\ displaystyle n} elemente.
- {\ displaystyle {n \ choose 1} = {n \ choose n-1} = n.}
- Demonstrație formală:
- {\ displaystyle {n \ choose 1} = {{n!} \ over {1! (n-1)!}} = {{n!} \ over {(n-1)! [n- (n-1 )]!}} = {n \ alegeți n-1} = n.}
- Dovadă combinatorie: există evident {\ displaystyle n} modalități de a alege un articol printre {\ displaystyle n} sau să lase unul afară.
- {\ displaystyle {n \ choose k} = {n \ choose nk}}
- Demonstrație formală:
- {\ displaystyle {n \ choose k} = {{n!} \ over {k! (nk)!}} = {{n!} \ over {(nk)! [n- (nk)]!}} = {n \ alegeți nk}.}
- Dovada combinatorie: alegerile {\ displaystyle k} elementele sunt în corespondență unu-la-unu cu subseturile din {\ displaystyle nk} elemente lăsate deoparte.
- {\ displaystyle {n + 1 \ alege k + 1} = {n \ alege k + 1} + {n \ alege k}} , adică: {\ displaystyle {n \ choose k} = {n-1 \ choose k} + {n-1 \ choose k-1}.}
- (proprietate care permite construirea coeficienților binomiali cu triunghiul Tartaglia . Mai mult, această proprietate poate fi utilă pentru a arăta că{\ displaystyle {n \ alege k}} este un număr întreg negativ care folosește principiul inducției pe {\ displaystyle n} , cu ipoteza că{\ displaystyle {n \ alege k}} aparține numerelor întregi non-negative pentru fiecare {\ displaystyle k \ in \ mathbb {N}} astfel încât{\ displaystyle 0 \ leq k \ leq n} , și ca o teză pentru care același lucru este valabil și pentru {\ displaystyle {n + 1 \ alege k}} ; pentru {\ displaystyle n = 1} avem asta {\ displaystyle {1 \ choose 0} = {1 \ choose 1} = 1 \ in \ mathbb {N}} ).
- Demonstrație formală:
- {\ displaystyle {n \ choose k + 1} + {n \ choose k} = {{n!} \ over {(k + 1)! (nk-1)!}} + {{n!} \ over { k! (nk)!}}}
- tinand cont de faptul ca
- {\ displaystyle (nk)! = (nk) (nk-1)!} și la fel {\ displaystyle (k + 1)! = (k + 1) k!}
- da ai
- {\ displaystyle {n \ choose k + 1} + {n \ choose k} = {{n!} \ over {(k + 1) k! (nk-1)!}} + {{n!} \ over {(nk) k! (nk-1)!}} =}
- {\ displaystyle = {(nk) {n!} \ over {(k + 1) (nk) k! (nk-1)!}} + {(k + 1) {n!} \ over {(k + 1) (nk) k! (Nk-1)!}}}
- prin urmare
- {\ displaystyle {n \ choose k + 1} + {n \ choose k} = {(n-k + k + 1) {n!} \ over {(k + 1) k! (nk) (nk-1)! }}}
- {\ displaystyle {n \ choose k + 1} + {n \ choose k} = {{(n + 1)!} \ over {(k + 1)! (nk)!}} = {n + 1 \ choose k + 1}}
- sau teza.
- Dovadă combinatorie: Pentru a calcula numărul de combinații simple de {\ displaystyle n + 1} elemente de lungime {\ displaystyle k + 1} , alegem una dintre {\ displaystyle n + 1} elemente, pe care le vom numi Pippo și împărțim combinațiile în două clase: cele care nu conțin Pippo și cele care îl conțin. Cardinalitățile celor două clase sunt date în mod evident de cei doi termeni ai celui de-al doilea membru al formulei pe care am vrut să o dovedim.
- {\ displaystyle 2 ^ {n} = {n \ alege 0} + {n \ alege 1} + {n \ alege 2} + \ ldots + {n \ alege n-1} + {n \ alege n} = \ sum _ {k = 0} ^ {n} {n \ alege k}.}
- Demonstrație formală:
- pornind de la teorema binomului avem:
- {\ displaystyle 2 ^ {n} = (1 + 1) ^ {n} = \ sum _ {k = 0} ^ {n} {n \ alege k} 1 ^ {(nk)} 1 ^ {k} = \ sum _ {k = 0} ^ {n} {n \ alege k}}
- sau teza.
- Dovadă combinatorie:
- {\ displaystyle 2 ^ {n}} este numărul de subseturi ale unui set de {\ displaystyle n} elemente. Putem împărți aceste subgrupuri în clase, plasând în fiecare clasă cele de o anumită cardinalitate. Deoarece subseturile cardinalității {\ displaystyle k} sunt foarte{\ displaystyle {n \ alege k}} , teza este imediat obținută.
Aplicații
- Teorema binomului , sau binomul lui Newton, folosește coeficientul binomial pentru a exprima dezvoltarea unei puteri {\ displaystyle n} -thth din orice binom conform următoarei formule:
- {\ displaystyle (a + b) ^ {n} = \ sum _ {k = 0} ^ {n} {n \ alege k} a ^ {nk} b ^ {k}.}
- Numărul de diagonale ale unui poligon convex de {\ displaystyle n} laturile pot fi exprimate conform următoarei formule: {\ displaystyle d = {n \ alege 2} -n = {\ frac {n (n-3)} {2}}}
- Având un set {\ displaystyle S} , astfel încât {\ displaystyle | S | = n} , coeficientul binomial este utilizat pentru a calcula cardinalitatea setului de părți ale {\ displaystyle S} , {\ displaystyle {\ mathcal {P}} (S)} :
- {\ displaystyle | {\ mathcal {P}} (S) | = \ sum _ {k = 0} ^ {n} {n \ alege k} = 2 ^ {n}.}
Puterea {\ displaystyle n} -thth dintr-un număr întreg {\ displaystyle x} poate fi exprimat cu suma tuturor producătorilor posibili de {\ displaystyle x-1} coeficienți binomiali {\ displaystyle {n \ choose a} {a \ choose b} {b \ choose c} \ ldots {i \ choose j} {j \ choose k} {k \ choose l}} , cu {\ displaystyle n \ geq a \ geq b \ geq c \ geq \ ldots \ geq i \ geq j \ geq k \ geq l} . Exemplu:
- {\ displaystyle 4 ^ {3} = {3 \ alege 3} {3 \ alege 3} {3 \ alege 3} + {3 \ alege 3} {3 \ alege 3} {3 \ alege 2} + {3 \ alege 3} {3 \ alege 3} {3 \ alege 1} + {3 \ alege 3} {3 \ alege 3} {3 \ alege 0} + {3 \ alege 3} {3 \ alege 2} {2 \ alege 2} + \ ldots + {3 \ alege 1} {1 \ alege 1} {1 \ alege 0} + {3 \ alege 1} {1 \ alege 0} {0 \ alege 0} + {3 \ alege 0 } {0 \ alege 0} {0 \ alege 0}.}
Extensii
Putem extinde coeficientul binomial în cazul în care {\ displaystyle k} este negativ sau mai mare decât {\ displaystyle n} , punând:
- {\ displaystyle {n \ choose k} = 0, \ qquad n, k \ in \ mathbb {Z}, n> 0, k <0} sau {\ displaystyle k> n.}
De asemenea, puteți extinde coeficientul la numere reale. În acest scop, poate fi convenabil să începeți cu observația că coeficientul binomial este, de asemenea, raportul dintre numărul de funcții injective dintr-un set de cardinalitate. {\ displaystyle k} într-una de cardinalitate {\ displaystyle n} (adică numărul de dispoziții simple ale {\ displaystyle n} obiecte de clasă {\ displaystyle k} ) și numărul de permutări ale {\ displaystyle k} obiecte:
- {\ displaystyle {n \ choose k} = {\ frac {(n) _ {k}} {k!}} = {\ frac {n!} {(nk)! k!}}.}
Putem cere:
- {\ displaystyle (a) _ {k} = a (a-1) \ cdots (a-k + 1) = \ prod _ {i = 0} ^ {k-1} (ai), \ qquad a \ in \ mathbb {C}, k \ in \ mathbb {Z}, k \ geq 0,}
de exemplu,
- {\ displaystyle (4 {,} 5) _ {3} = 4 {,} 5 \ cdot 3 {,} 5 \ cdot 2 {,} 5 = 39 {,} 375.}
Cu această convenție, avem:
- {\ displaystyle {a \ choose k} = {\ frac {(a) _ {k}} {k!}} \ qquad a \ in \ mathbb {C}; k \ in \ mathbb {Z}, k \ geq 0,}
de exemplu:
- {\ displaystyle {4 {,} 5 \ choose 3} = {\ frac {(4 {,} 5) _ {3}} {3!}} = {\ frac {39 {,} 375} {6}} = 6 {,} 5625.}
Caz special
Se poate observa că pentru {\ displaystyle k = 2} coeficientul binomial este egal cu suma primului {\ displaystyle n-1} numere naturale :
- {\ displaystyle {n \ choose 2} = {\ frac {n!} {(n-2)! 2!}} = {\ frac {n (n-1) (n-2)!} {(n- 2)! 2}} = {\ frac {n (n-1)} {2}} = \ sum _ {i = 1} ^ {n-1} i.}
Bibliografie
- Mauro Cerasoli, Franco Eugeni; Marco Protasi, Elemente de matematică discretă , Bologna, Zanichelli, 1988.
- Giorgio Dall'Aglio, Calculul probabilității , Bologna, Zanichelli, 2003.
- Sheldon M. Ross, Calculul probabilităților , Milano, Apogee, 2004.
- Saunders Mac Lane, Garrett Birkhoff, Algebra , Milano, Mursia 1998
Elemente conexe
Alte proiecte
linkuri externe