Kombinatorika elemei. dr. Szalkai István Pannon Egyetem, Veszprém, Matematika Tanszék

Hasonló dokumentumok
Pl.: hányféleképpen lehet egy n elemű halmazból k elemű részhalmazt kiválasztani, n tárgyat hányféleképpen lehet szétosztani k személy között stb.?

Kombinatorika. Variáció, permutáció, kombináció. Binomiális tétel, szita formula.

(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

A figurális számokról (IV.)

KOMBINATORIKA. Készítette: Bordi István Tóth Árpád Gimnázium Debrecen,

Eseme nyalgebra e s kombinatorika feladatok, megolda sok

1. A KOMPLEX SZÁMTEST A természetes, az egész, a racionális és a valós számok ismeretét feltételezzük:

VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

Számsorozatok. 1. Alapfeladatok december 22. sorozat határértékét, ha. 1. Feladat: Határozzuk meg az a n = 3n2 + 7n 5n létezik.

SZÁMELMÉLET. Vasile Berinde, Filippo Spagnolo

1. Írd fel hatványalakban a következõ szorzatokat!

Fibonacci nyulai. 2. A második hónap végén születik 1 új pár, így most már 2 pár van

Elemek egy lehetséges sorbarendezése az elemek egy permutációja. n elem összes lehetséges sorbarendezéseinek

Véges matematika 1. feladatsor megoldások

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

( a b)( c d) 2 ab2 cd 2 abcd 2 Egyenlőség akkor és csak akkor áll fenn

Eseményalgebra, kombinatorika

Feladatok megoldása. Diszkrét matematika I. Beadandó feladatok. Bujtás Ferenc (CZU7KZ) December 14, feladat: (A B A A \ C = B)

Kalkulus II., második házi feladat

3.4. gyakorlat. Matematika B1X február 1819.

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

Sorozatok október 15. Határozza meg a következ sorozatok határértékeit!

Kombinatorika. A permutációk számának megállapítása: -a helyek sorszáma: I. II. III.

24. tétel A valószínűségszámítás elemei. A valószínűség kiszámításának kombinatorikus modellje.

VÉLETLENÍTETT ALGORITMUSOK. 1.ea.

NUMERIKUS SOROK II. Ebben a részben kizárólag a konvergencia vizsgálatával foglalkozunk.

MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA)

Dr. Tóth László, Kombinatorika (PTE TTK, 2007) nem vagyunk tekintettel a kiválasztott elemek sorrendjére. Mennyi a lehetőségek száma?

Matematika B4 I. gyakorlat

Komplex számok (el adásvázlat, február 12.) Maróti Miklós

10.M ALGEBRA < <

Rudas Tamás: A hibahatár a becsült mennyiség függvényében a mért pártpreferenciák téves értelmezésének egyik forrása

1 k < n(1 + log n) C 1n log n, d n. (1 1 r k + 1 ) = 1. = 0 és lim. lim n. f(n) < C 3

Nevezetes sorozat-határértékek

Gyakorló feladatok II.

Komplex számok. d) Re(z 4 ) = 0, Im(z 4 ) = 1 e) Re(z 5 ) = 0, Im(z 5 ) = 2 f) Re(z 6 ) = 1, Im(z 6 ) = 0

Sorozatok A.: Sorozatok általában

Kalkulus I. Első zárthelyi dolgozat szeptember 16. MINTA. és q = k 2. k 2. = k 1l 2 k 2 l 1. l 1 l n 6n + 8

Matematika I. 9. előadás

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

A matematikai statisztika elemei

2. gyakorlat - Hatványsorok és Taylor-sorok

Diszkrét matematika II., 3. előadás. Komplex számok

Számelméleti alapfogalmak

4. Test feletti egyhatározatlanú polinomok. Klasszikus algebra előadás NE KEVERJÜK A POLINOMOT A POLINOMFÜGGVÉNNYEL!!!

3. Számelmélet. 1-nek pedig pontosan három. Hány pozitív osztója van az n számnak? OKTV 2012/2013; I. kategória, 1. forduló

5. Kombinatorika. 8. Legfeljebb hány pozitív egész számot adhatunk meg úgy, hogy semelyik kettő összege és különbsége se legyen osztható 2015-tel?

EGY ÚJ SZÁMHÁROMSZÖG A

Hiba! Nincs ilyen stílusú szöveg a dokumentumban.-86. ábra: A példa-feladat kódolási változatai

f (M (ξ)) M (f (ξ)) Bizonyítás: Megjegyezzük, hogy konvex függvényekre mindig létezik a ± ben

Általános taggal megadott sorozatok összegzési képletei

Matematikai játékok. Svetoslav Bilchev, Emiliya Velikova

I. FEJEZET BICIKLIHIÁNYBAN

ALGEBRA. egyenlet megoldásait, ha tudjuk, hogy egész számok, továbbá p + q = 198.

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli beugró kérdések. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

Analízis feladatgy jtemény II.

Hajós György Versenyre javasolt feladatok SZIE.YMÉTK 2011

Diszkrét matematika KOMBINATORIKA KOMBINATORIKA

Innen. 2. Az. s n = 1 + q + q q n 1 = 1 qn. és q n 0 akkor és csak akkor, ha q < 1. a a n végtelen sor konvergenciáján nem változtat az, ha

Prímszámok a Fibonacci sorozatban

Algebra gyakorlat, 3. feladatsor, megoldásvázlatok

I. rész. Valós számok

Numerikus sorok. Kónya Ilona. VIK, Műszaki Informatika ANALÍZIS (1) Oktatási segédanyag

2. fejezet. Számsorozatok, számsorok

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

EGYENLETEK ÉS EGYENLETRENDSZEREK MEGOLDÁSA A Z n HALMAZON. egyenletrendszer megoldása a Z

1. A radioaktivitás statisztikus jellege

V. Deriválható függvények

Matematikai játékok. Svetoslav Bilchev, Emiliya Velikova

A tárgy címe: ANALÍZIS 1 A-B-C (2+2). 1. gyakorlat

EGYENLETEK ÉS EGYENLETRENDSZEREK MEGOLDÁSA A Z n HALMAZON. egyenletrendszer megoldása a

min{k R K fels korlátja H-nak} a A : a ξ : ξ fels korlát A legkisebb fels korlát is:

Bevezetés az algebrába komplex számok

NÉMETH LÁSZLÓ VÁROSI MATEMATIKA VERSENY 2013 HÓDMEZŐVÁSÁRHELY OSZTÁLY ÁPRILIS 8.

1. feladatlap megoldása. Analízis II. 1. Vizsgálja meg az alábbi sorokat konvergencia szempontjából! a) n 2 n = 1 1X 1

6. Számsorozat fogalma és tulajdonságai

Tartalomjegyzék. Pemutáció 5 Ismétléses permutáció 8 Variáció 9 Ismétléses variáció 11 Kombináció 12 Ismétléses kombináció 13

Feladatok és megoldások a 11. heti gyakorlathoz

Kutatói pályára felkészítı modul

A G miatt (3tagra) Az egyenlőtlenségek két végét továbbvizsgálva, ha mindkét oldalt hatványozzuk:

Függvényhatárérték-számítás

Határértékszámítás. (szerkesztés alatt) Dr. Toledo Rodolfo április A határátmenet és a műveletek 12

Matematikai statisztika

Pályázat címe: Pályázati azonosító: Kedvezményezett: Szegedi Tudományegyetem Cím: 6720 Szeged, Dugonics tér

1. Gyökvonás komplex számból

ANALÍZIS I. TÉTELBIZONYÍTÁSOK ÍRÁSBELI VIZSGÁRA

I. Függelék. A valószínűségszámítás alapjai. I.1. Alapfogalamak: A valószínűség fogalma: I.2. Valószínűségi változó.

1. ALGORITMUSOK MŰVELETIGÉNYE

Diszkrét matematika 1.

Egy lehetséges tételsor megoldásokkal

Kombinatorika (2017. február 8.) Bogya Norbert, Kátai-Urbán Kamilla

(d) x 6 3x 2 2 = 0, (e) x + x 2 = 1 x, (f) 2x x 1 = 8, 2(x 1) a 1

Kidolgozott feladatok a nemparaméteres statisztika témaköréből

Az átlagra vonatkozó megbízhatósági intervallum (konfidencia intervallum)

Ingatlanfinanszírozás és befektetés

1. Komplex szám rendje

Kétoldali hibás Monte Carlo algoritmus: mindkét válasz esetén hibázhat az algoritmus, de adott alsó korlát a hibázás valószínűségére.

Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kara. Prof. Dr. Závoti József. Matematika III. 1. MA3-1 modul. Kombinatorika

Bevezető analízis II. példatár

Statisztika 1. zárthelyi dolgozat március 21.

Átírás:

Kombiatorika elemei dr. Szalkai Istvá Pao Egyetem, Veszprém, Matematika Taszék szalkai@almos.ui-pao.hu 2013.10.26.

2

2. fejezet Kombiatorika elemei Véges halmazok, a kombiatorika alapelvei, általáos elemi leszámlálási módszerek (+ és ). Teljes idukció. Permutációk, kombiációk, variációk és kapcsolataik. A Stirlig formula, agyérték½u kifejezések becslése, példák. (1) A kombiatorika a megszámlálások, szakkifejezéssel a leszámlálások tudomáya. Bár véges halmazokkal foglalkozuk, a fejezet végé azt is szemléltetjük, hogy ez jó pár évmilliárdukba kerülhet, ha em vagyuk eléggé ügyesek. A halmazok számosságát (elemeiek számát) jaj vagy #(A) jelöli. 2.1. Általáos módszerek Egy véges halmaz (modjuk útiholmik kirádulás el½ott ill. utá) összeszámlálásakor midegyikük kíosa ügyel az alábbi két természetes követelméy betartására: 2.1. Taács (A kombiatorika alapelvei) : 1.) Midet összeszámoltuk? 2.) Semmit sem számoltuk kétszer? 3.) Csak a halmaz elemeit számoltuk meg? (2.1) 1 ) A címlapo látható ábra a 2.65. Feladat /0/ összefüggését szemlélteti. 3

4 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI Éppe ezért javasoljuk a kedves Olvasóak, hogy ZH írásakor se feledkezze meg a kombiatorika feti két alapelvér½ol! Ige, az összeszámlálás ehéz, kéyes m½uvelet, emhiába a kombiatorika az összeszámlálás m½uvészete. Az összes lehet½oség összeszámlálásakor akár gyalogos módo csak felsoroljuk az összes esetet, akár elméleti alapo számítjuk ki a lehet½oségek számát, az alábbi két módszert szoktuk haszáli: 2.2.: I. Módszer (Az összeszámlálás két alapmódszere): a) Ha a megszámláladó eseteket diszjukt (külöálló) halmazokba osztottuk (szortíroztuk, partícioáltuk), akkor az egyes halmazokba lev½o eseteket yilvá összeadjuk. (Hisze a halmazok diszjukt úiójáak az + felel meg.) b) Ha a megszámláladó lehet½oségek több összetev½ob½ol állak össze (épülek fel), és az egyes összetev½ok egymástól függetleül választhatók meg, azaz bármelyik A összetev½ohöz bármelyik B összetev½o párosítható, akkor a két (vagy több) összetev½ok lehetséges számát összeszorozzuk. (Hisze a halmazok Descartes-szorzatáak a felel meg.) 2.3. Példa: a) Háyféle lyukasztás lehet a buszjegyek 3 3 mez½ojébe, ha a lyukasztógép legfeljebb 3 lyukat készít? b) A fracia kártyacsomagból öt lapot osztva háyféleképpe lehet pár (két azoos gura) a kezükbe (a lapok kiosztásáak sorredje em számít)? Megoldás: (Az k biomiális együtthatókat [kombiációk] a 2.3.2 alfejezetbe (2.17) -be ismertetjük.) a) A lyukak száma ezek szerit 1; 2 vagy 3 (0 em) lehet. Ezek száma 9 3 3 = 9 miatt redre 1, 9 2, 9 3, vagyis a lehet½oségek száma összese 9 1 + 9 2 + 9 3 = 129. b) A fracia -csomag = 4 szí 13 gura = 52 lap. A két azoos gura (a pár) a 13 gura bármelyike lehet, ez 13 1 lehet½oség. Szíeiket 4 2 -féleképpe választhatjuk ki, de még a maradék 50 lapból 3 -at kell kiválasztauk, ez 50 3 lehet½oség, kezükbe csak ezek utá lesz öt lap. Vagyis az 13 összes lehet½oségek száma 1 4 2 50 2. További általáos, a kombiatorikába gyakra haszált módszer az alábbi: 2.4. II. Módszer (bijekciók): A feladatot átfogalmazzuk, vagyis a keresett lehet½oségek halmaza és egy másik (köyebbe összeszámolható) halmaz között kölcsööse egyértelm½u megfeleltetést (bijekciót) keresük, és az eredeti halmaz számossága (elemeiek száma) yilvá éppe az új halmaz számossága!

2.2. TELJES INDUKCIÓ 5 2.5. Példa: Háy részhalmaza va egy tetsz½oleges -elem½u halmazak összese, azaz mekkora jp(a)j ha jaj =? Megoldás: Ne feledjük, hogy ; és A is elemei P(A) -ak. Írjuk fel A elemeit fa 1 ; :::; a g alakba. Mide X A részhalmazt egyértelm½ue jellemez az, hogy az a i elemek közül éppe melyek elemei X -ek és melyek em. Ha mide i idex eseté 0 jelöli az a i =2 X és 1 jelöli az a i 2 X relációt, akkor magát az X halmazt kódolhatjuk az x 1 x 2 :::x [2 kettes számredszerbeli számmal, ráadásul ez a megfeleltetés P(A) elemei és az hosszúságú kettes számredszerbeli számok között kölcsööse egy-egy értelm½u. Márpedig a legkisebb szám 00:::0 [2 = 0, a legagyobb 11:::1 [2 = 2 1, a kett½o között midegyik szám potosa egyszer el½ofordul, vagyis az hosszúságú kettes számredszerbeli számok száma 2, ami éppe P(A) potos mérete. A II. Módszer alkalmazására a 2.23.Állítás bizoyításába láthatuk még példákat. 2.6. Feladat: Számítsuk ki hasolóa az B A := ff : A! B j f függvéy g (2.2) halmaz számosságát! Útmutatás: Most m -alapú számredszerbe írjuk fel számokat, ahol m = jbj, a számok, -jegy½uek. Felhívjuk a gyelmet a feti (2.2) egyel½oségbe szerepl½o B A hatváyba a bet½uk sorredjére! Legfotosabb azoba a megoldadó feladat potos értelmezése! Nehéz megfogalmazi, eldötei, hogy potosa milye eseteket tekitük külöböz½oek vagy azoosak, de még azt is, miket is kell egyáltalába megszámláluk! Erre midig ügyeljük feladatmegoldás közbe! 2.2. Teljes idukció Nem csak a kombiatorikába, haem a matematika bármely területé találkozhatuk a következ½o típusú állításokkal: Mide 2 N természetes számra igaz, hogy... (2.3) és a... helyé egy ( -t½ol függ½o) valamilye állítás va. Ha ezt az állítást most () formuláak hívjuk, akkor bizoyítadó állításuk

6 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI Mide 2 N természetes számra igaz (). (2.4) alakú lesz. Sok esetbe azoba em mide 2 N, haem csak valamilye (de adott!) 0 2 N számmal kezd½od½oe, azaz csak 0 eseté teljesül () (legalábbis a bizoyítadó állítás szerit). Vagyis az általáos alak: Mide 2 N, 0 természetes számra igaz (). (2.5) A továbbiakba midig ez utóbbi általáos alakra foguk hivatkozi, hisze a (2.4) alak éppe az 0 = 0 speciális eset. 0 potos értékét legtöbbször em feszegetjük, ez a feladat állításából általába kiderül: legkisebb olyaak választjuk, amelyél agyobb mide 0 számra () már igaz. Természetese úgy em igazolhatjuk a feti (2.5) állítást hogy redre elle½orizzük ( 0 ), ( 0 + 1), ( 0 + 2)... értékeit, hisze végtele sok esetet em is tudák véges id½o belül elle½orizi! Egy kicsit gyorsabb módszert kell választauk! 2.7. Módszer (A Teljes Idukció): 1. Kezd½o lépés: Elle½orizzük ( 0 ) értékét. 2. Idukciós lépés: Bizoyítsuk be az alábbi következtetés helyességét tetsz½oleges 2 N, 0 természetes számra: Ha () igaz, akkor ( + 1) is igaz. (2.6) Ekkor, a feti két lépés sikeres elvégzése utá igazoltuk () teljesülését mide 2 N, 0 számra. A Teljes Idukció m½uködését (elidulás és következtetés / idukálás) szokás végtele lépcs½ohöz is hasolítai: ha a legels½o lépcs½ofokra rá tudok lépi, és mide lépcs½ofok utá tovább tudok mei, akkor természetese az összes lépcs½ofokra fel tudok lépi (2). Bár ez a szemléltetés segíthet a módszer megértéséhez, az alábbi 2.8. Tételt em helyettesíti! Közelebb járuk az igazsághoz, ha a Teljes Idukció módszerét a 8() típusú állítások igazolásáak egy hatékoy módszeréek ( makó ) tekitjük: em a () állítást kell igazoluk (ráadásul em az összes 2 N természetes számra egyszerre), haem csak két, jóval egyszer½ubb összefüggést: a feti 1. és 2. lépésbe leírtakat. 2 ) vagy végtele sok, sorba álló pletykás véasszoy közül elég a legels½oek elmodai

2.2. TELJES INDUKCIÓ 7 A gyakorlatba sokszor az idukciós lépésbe ( + 1) igazolásához em csak a közvetle megel½oz½o () állítást, haem (éháy vagy az összes) el½oz½o (i) értéket is fel kell haszáluk. Vagyis 0 eseté vagy rövidebbe ( 0 ) ^ ( 0 + 1) ^ ::: ^ () ) ( + 1) ^ 0 i (i) ) ( + 1) alakú idukciós következtetést (lépést) haszáluk. A következ½o tétel midezek legalitását is biztosítja. 2.8.Tétel (Teljes Idukció Tétele): Ha ( 0 ) igaz ( kezd½olépés ), és mide 2 N, > 0 természetes számra igaz a vagy a () ) ( + 1) (2.7) ^ 0 i akkor () igaz mide 0 ter- következtetés ( idukciós lépés ), mészetes számra, azaz igaz a (i) ) ( + 1) (2.8) 8 0 () állítás. A Tételt természetese úgy haszáljuk, hogy igazoljuk (elle½orizzük) a ( 0 ) állítást és a () ) (+1) következtetést mide 0 idex eseté, amit az alábbi példába ezt részletese meg is mutatjuk. Felhívjuk a kezd½o Olvasók gyelmét, hogy a (2.7) illetve a (2.8) következtetések ( idukciós lépés ) igazolásáál em a () vagy a ( + 1) állítást magát, haem a () ) ( + 1) illetve az V (i) ) ( + 1) következtetést kell elle½orizük! (3) 0 i 3 ) Emlékeztetük arra a sokszor eheze emészthet½o téyre, hogy a matematikai logikába a h ) h és h ) i (hamisból mide következik) következtetés maga igaz - ak va elfogadva, még ha a következtetés végeredméye hamis is.

8 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI 2.9.Példa (Általáosított háromszög-egyel½otleség): Igazoljuk, hogy tetsz½oleges z 1 ; :::; z 2 C komplex számokra vagy rövidebbe jz 1 + ::: + z j jz 1 j + ::: + jz j, X z i i=1 X jz i j. (2.9) Megoldás: A kezd½olépés em okozhat godot: legye 0 = 1, hisze = 1 eseté a (2.9) egyel½otleség a jz 1 j jz 1 j alakot ölti, ami triviálisa igaz. Az idukciós lépésbe ( + 1) igazolásához azoba a megel½oz½o () állítás em elég, fel kell haszáluk az = 2 esetet is, ezért ezt az esetet is el½obb (külö) igazoluk kell. = 2 eseté a (2.9) egyel½otleség az i=1 jz 1 + z 2 j jz 1 j + jz 2 j összefüggést állítja, ami éppe az ú. háromszög-egyel½otleség. (Godoljuk át a vektorokra [=komplex számok] voatkozó háromszög-egyel½otleség alapjá!) Most már rátérhetük az idukciós lépés igazolására. ( + 1) ekkor a (2.9) egyel½otleséget állítja, de eggyel több, +1 komplex szám összegére. A fels½o becslés (az egyel½otleség jobb oldala) eléréséhez a bal oldalt alakítjuk át, az eredeti -tagú és kéttagú összegekre való botások (az idukciós feltételek) felhaszálásával: +1 X X X X X+1 z i = z i + z +1 z i + jz +1 j jz i j + jz +1 j = jz i j i=1 i=1 i=1 Ezzel az idukciós állítást (lépést) bebizoyítottuk, így a 2.8. Teljes Idukció Tétele alapjá a (2.9) állítás mide 2 N természetes számra igaz. A fejezet végé a feladatok között jó éháy állítást soroluk fel, amik segítségével a teljes idukciós bizoyítást gyakoroli lehet. Kiemeljük azoba, hogy em csak a jele fejezetbe, haem a diszkrét matematika szite mide fejezetébe (s½ot az egész matematikába) lesz segítségükre ez a bizoyítási módszer. i=1 i=1

2.3. PERMUTÁCIÓK, VARIÁCIÓK, KOMBINÁCIÓK 9 2.3. Permutációk, variációk, kombiációk A most következ½o alfejezet els½o olvasásra úgy t½uhet (ami egyébkét a vizsgázók gyakori hibája), hogy a permutációk, variációk, kombiációkra adott képletek uiverzálisak, mide feladathoz csak meg kell keresük ebbe az alfejezetbe bizoyított hat képlet valamelyikét és már is megoldottuk a feladatot...!? Csak meggodolatlaul szabad bármelyik feladatra rávági, hogy a feladat (modjuk)... ismétléses kombiááááációóóóó! Téy, hogy ezzel a hat képlettel gyakra találkozuk véges (kombiatorikai) meyiségek számolásakor, de em midig ilye egyszer½u a végeredméy. Azoba midössze csak hat új alapm½uveletr½ol va szó, segítségükkel és az eddigi égy alapm½uvelettel tudjuk az egyes meyiségeket (feladatokat) megszámoli, a 2.1.( Általáos módszerek ) alfejezetbe leírt 2.2. I.Módszer (és a 2.1. potba említett A kombiatorika két alapelve ) útmutatásai alapjá. Még egy utolsó jó taács: megtéveszt½o, hogy az elemi leszámlálási módszereket léyegébe csak egy rövid alfejezetbe (ebbe) ismertetjük. Bár ebbe mide elméleti ismeretet megtaláluk, a feladatok megoldásához gyakorlatot kell szerezük, amire em szabad sajáluk a több hóapos (!) gyakorlás idejét! A következ½o fejezett½ol kezd½od½oe (a köyv végéig) haszukra válik a következ½o rövid jelölés és egy egyszer½u rekurzív összefüggés: 2.10. De íció: Tetsz½oleges 2 N természetes számra, 1 eseté! := 1 2 ::: (2.10) és 0! := 1 az szám faktoriálisa. 2.11.Állítás: Tetsz½oleges 2 N természetes számra ( + 1)! = ( + 1)! (2.11) Bizoyítás: A de íció alapjá azoal látható.

10 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI 2.3.1. Permutációk A permutáció szó lati eredet½u, felcserélést, sorbaredezést jelet. következ½o típusú feladatokat evezzük permutációak: A elemet háyféleképpe lehet sorba redezi? Hagsúlyozzuk, hogy em feltétleül kell zikai, kézzel fogható tárgyakra godoluk, hisze elvot akármiket, valamiket is sorbaredezhetük. Ez jól látható a 2.23. Tétel bizoyításáak végé. Olvasóik hiába edz½odtek meg a halmazelmélet keméy megpróbáltatásai, most egy elem½u halmaz elemeir½ol sem szólhatuk, hisze a sorbaredezed½o elemek között lehetek azoosak is, és ez esettel is meg kell bírkózuk (kés½obb) jele alfejezetbe! 2.12. De íció: Tetsz½oleges 2 N természetes szám eseté külöböz½o elem összes lehetséges sorbaredezéseiek számát elem (ismétlés élküli) permutációjáak hívjuk, és P -el jelöljük. Ha az elemek között azoosak is lehetek, méghozzá összese s -féle és az egyes típusokból redre k 1 ; :::; k s va (azaz k 1 + ::: + k s = ), akkor az összes lehetséges sorbaredezések számát elem s -edred½u ismétléses permutációjáak hívjuk, és P k 1;:::;k s (ism) -el jelöljük. Agolul permutatio és geeralized permutatio az ismétlés élküli és az ismétléses permutációk elevezése. 2.13.Állítás: Tetsz½oleges ; s 2 N természetes számokra (i) elem ismétlés élküli permutációiak száma P =! (ii) elem ismétléses permutációiak száma, k 1 ; :::; k s 2 N, k 1 + ::: + k s = eseté P k 1;:::;k s (ism) =! k 1! ::: k s! (2.12) Bizoyítás: (i) Az állítást legegyszer½ubb teljes idukcióval igazoli, ami házi feladat. A közvetle igazolás is hasoló: az (külöböz½o) elem sorbaredezéséél helyre kell az elemeket elhelyezük. Az els½o helyre az elem bármelyikét

2.3. PERMUTÁCIÓK, VARIÁCIÓK, KOMBINÁCIÓK 11 helyezhetjük, ez lehet½oség. Bármelyiket is helyeztük az els½o helyre, a második helyre midig 1 másik elemet rakhatuk, s½ot ez azt is jeleti, hogy bármelyik () els½o helye lev½o elem eseté bármelyik 1 második helye lev½o elemet párosíthatjuk, azaz (a 2.2. potba leírt I.b) Módszer alapjá) az els½o két helyre ( 1) -féleképpe helyezhetük el két elemet. A godolatmeetet folytatva hasolóa láthatjuk be, hogy az els½o két hely bármilye betöltése eseté további 2 -féleképpe tölthetjük fel a harmadik helyet, és mivel bármelyik ( 1) els½o két helye lev½o elem eseté bármelyik 2 harmadik helye lev½o elemet tehetjük, így ismét az I.b) Módszer alapjá az els½o három helyre ( 1) ( 2) -féleképpe helyezhetük el három elemet az adott elem közül. Tovább folytathatjuk godolatmeetüket, -szer ( 2 N tetsz½oleges) a feti godolathoz hasolóa, megkaphatjuk, hogy a lehet½oségek száma P = ( 1) ::: 2 1 ami valóba!. Az = 0 speciális esetbe az állítás (potosabba a 2.11.b)De íció) 0! = 1 sorbaredezés lehet½oségét állítja, ami hihet½o is: az elemekhez hozzá sem kell yúluk: ez valóba 1 lehet½oség (4). (ii) Legegyszer½ubb a feladat megoldását úgy megértei, hogy (billiárd- ) golyóra godoluk, amik közül k 1 db 1 -szí½u, k 2 db 2 -szí½u, s.í.t., és végül k s db s -szí½u. A golyók zikailag mid külöböz½oek, tehát a valóságba ismét! külöféle sorred va, csak mi em akaruk megkülöbözteti sok zikai sorredet, modvá: mide sárga szí½u golyó egyforma. Például, ha egy (akármilye) sorbaredezésél az 1 -szí½u golyókat egymás között csereberélgetjük (permutáljuk), ami k 1! -féle sorred, mi ezeket csak egyetle sorredek vagyuk hajladóak tekitei! Mit említettük, ez a szemet húyásuk (vagyis k 1! külöféle zikaiak sorredet azoosak tekitük) AKÁRMILYEN sorbaredezésél ugyaúgy k 1! külöféle sorredet tekit azoosak. Vagyis az összes! zikai sorredet csoportosíthatjuk: egy-egy csoportba az azoosak látszó k 1! sorred kerül. Háy sorredek is számoljuk tehát az összes sorredet (ha csak az 1 -típusú golyókat em külöböztetjük meg)? Aháy csoportot az el½obb képeztük, azaz! k 1.! 4 ) Ez em éz½opot kérdése, haem további kombiatorikai összefüggéseik (képleteik), pl. a (2.11) rekurzív összefüggés csak a 0! = 1 de íció eseté maradak igazak mide 2 N természetes számra, a P 0 = 1 de íció is ezzel va összhagba, ami végülis szemléletüket sem bátja.

12 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI Ha a 2 -típusú golyókat sem külöböztetjük meg egymás között, akkor a feti godolatmeethez hasolóa az el½obb készített csoportokat tovább csoportosíthatjuk agyobb csoportokra, midegyik agyobb csoport k 2! el½obbi kisebb csoportot tartalmaz, vagyis már csak! k 1!k 2 általuk megkülöböztethet½o (agy) csoport va.! A feti godolatmeetet midegyik típusra elvégezve valóba azt kapjuk, hogy az általuk megkülöböztethet½o sorredek száma valóba (2.12). Az el½oz½o állításba szerepl½o (2.12) kifejezés (is) más diszkrét matematikai összefüggések leírásába is el½ofordul, ezért más jelölésük és elevezésük is haszálatos. 2.14. De íció: Tetsz½oleges, k 1 ; :::; k s,s 2 N természetes számokra, k 1 + ::: + k s =, eseté a! := (2.13) k 1 ; :::; k s k 1! ::: k s! kifejezezést poliomiális együtthatóak evezzük. A poliomiális együtthatók egyik alkalmazása a 2.36. Poliomiális Tétel. 2.3.2. Variációk, kombiációk Ismét lati eredet½u szakkifejezésekkel találkoztuk. Eredetileg a variáció szó változatosságot, a kombiáció kiválasztást, kiválogatást, csoportosítást jelet, hétközapi haszálatuk is eek megfelel½o. Felhívjuk azoba a gyelmet, hogy az alábbi de íciókba precíz jeletéseket redelük e szavakhoz, vagyis e pillaattól kezdve feladatok, problémák megoldásáál tartózkodjuk a felel½otle a variációk száma... és hasoló megjegyzésekt½ol, ikább haszáljuk a lehet½oségek száma... szófordulatot. Mid a variációkat mid a kombiációkat jele alfejezetbe egyszerre tárgyaljuk, mert agyo sok hasolóság és a kapcsolat va közöttük, s½ot köye össze is keverhet½ok. Midkét probléma egy halmaz elemei közül éháyuk (összes lehetséges) kiválasztásáak számát kérdezi, bizoyos szempotok szerit. A szemléletesség kedvéért tárgyak kihúzását emlegetjük, de természetese bármely elvot halmaz elemeiek kiválasztására is ugyaazok az összefüggések leszek igazak. E fejezetbe feltehetjük, hogy az alaphalmaz elemei külöböz½oek, mert ha az egyik típusú elemb½ol több példáyt szereték feltételezi, akkor egyszer½ue

2.3. PERMUTÁCIÓK, VARIÁCIÓK, KOMBINÁCIÓK 13 tegyük vissza a korábba kihúzott elemeket a kalapba, így ismét kihúzhatjuk ½oket. Persze, a visszatevés el½ott megjegyezzük (vagy felírjuk) a kihúzott elemek fajtáját, sorredjét, számát és egyéb (számukra) fotos adatait. Megyugtatjuk az Olvasót: az alábbi de íciók elolvasása utá érthet½obb lesz a feti godolatmeet (legalábbis reméljük). Alaposa gyeljük meg a variációk és a kombiációk közötti hasolóságokat és külöbségeket, ezt készítjük el½o az alábbi két de ícióba! 2.15. De íció: Legye A egy tetsz½oleges halmaz. (5) Visszatevéses mitavételek evezzük azt, ha a halmaz elemeit egyesével kivesszük, feljegyezzük, de mide következ½o elem kihúzása el½ott az el½oz½oleg kihúzott eleme(ke)t visszatesszük a halmazba. Ha csak a halmaz elemeit húzzuk ki egyesével (persze csak amíg lehet), és az el½oz½oleg kihúzott elemeket em tesszük vissza, akkor visszatevés élküli mitavételr½ol beszélük. 2.16. De íció: Tetsz½oleges ; k 2 N természetes számok eseté külöböz½o elem halmazából k elem visszatevés élküli mitavételeiek (kihúzásaiak) összes lehetséges számát elem k -adred½u (ismétlés/visszatevés élküli) vagy egyszer½ue csak variációjáak evezzük, ha a kihúzott elemek kihúzásáak sorredje léyeges, és V k -el jelöljük! Ha a kihúzás (mitavétel) visszatevéses, akkor ismétléses/ visszatevéses variációról beszélük, V k (ism) -el jelöljük, és ismét a kihúzott elemek kihúzásáak sorredje léyeges! 2.17. De íció: Ha a feti de ícióba a kihúzott elemek kihúzásáak sorredje léyegtele, akkor elem k -adred½u (ismétlés/ visszatevés élküli) vagy egyszer½ue csak kombiációjáról beszélük és C k -val jelöljük, illetve a második esetbe ismétléses/visszatevéses kombiációról va szó, amit C k (ism) -el jelölük. Ismételte felhívjuk a gyelmet a variációk és a kombiációk de íciói közötti külöbségekre! Agolul variatio és combiatio az ismétlés élküli, míg geeralized variatio és geeralized combiatio az ismétléses variációk/kombiációk elevezése. 5 ) A halmaz de íciója szerit elemei mid külöböz½oek!

14 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI 2.18. Állítás: Tetsz½oleges ; k 2 N természetes számok, k 1 eseté elem k -adosztályú ismétlés élküli variációiak száma V k = ( 1) ::: ( k + 1) (2.14) Bizoyítás: Léyegébe itt is a 2.13.Állítás (ismétlés élküli permutációk) godolatmeete mutatja meg a lehet½oségek számát. Mivel a halmaz elemei, amelyeket egyesével és visszatevés élkül húzuk ki egymás utá, mid külöböz½oek, ezért az egyes kihúzások alkalmával az egyes lehet½oségek száma redre, -1, -2,.... Mivel a kihúzott elemek kihúzási sorredje (variáció lévé) léyeges, így a 2.4.Állítás (permutációk) bizoyításába leírtakhoz hasolóa beláthatjuk, hogy eze lehet½oségek számát össze kell szorozuk! De meddig? A legutolsó elem, a k -adik kihúzásakor éppe (k 1) elem közül választhatuk, hisze el½otte k 1 elemet húztuk ki (és persze eredetileg elemük volt.) Ezzel éppe a (2.14) egyel½oséget kaptuk, Q.E.D. Megjegyzések: Vigyázzuk a (2.14) kifejezés legutolsó szorzótéyez½ojére: az em ( k) (amit persze megjegyezi köyebb lee), haem ( (k 1)) = k + 1, hisze, mit a bizoyításba meggodoltuk: k 1 elemet vettük ki a legutolsó (k -adik) elem el½ott. Ha pedig (6) gyorsabba kell a képletet el½oveük mit a feti bizoyítást meg tudjuk godoli, akkor csak a következ½o versikét motyogjuk el: k tárgyat ) k szorzótéyez½o. Érdemes külö meggodoluk a k > és a k = 0 eseteket is (a többi esetet a bizoyításba meggodoltuk). k > esetbe mid a (2.14) kifejezés (képlet), mid szemléletük is V k = 0 -át ad. Ugyais a (2.14) kifejezésbe k > eseté szerepel az = 0 szorzótéyez½o, míg hétközapi (és matematikai) tapasztalatuk szerit többet egyetle halmazból sem lehet kivei mit ameyi eleme eredetileg bee volt, ha ismétlés élküli mitavételr½ol va szó. A k = 0 esetbe hozzá sem kell yúluk a halmaz elemeihez, ez egyetle lehet½oség. A (2.14) kifejezés is ugyaezt az eredméyt adja, hisze, ha a szorzat tagjai -t½ol csökkeek + 1 -ig, akkor egyetle tagja sics a (2.14) -beli szorzatak, ami pedig megállapodás (de íció) szerit := 1. Vagyis a (2.14) összefüggésbe k 2 N tetsz½oleges természetes szám lehet! 6 ) de csak a gyegébbek kedvéért!

2.3. PERMUTÁCIÓK, VARIÁCIÓK, KOMBINÁCIÓK 15 2.19. Állítás: Tetsz½oleges ; k 2 N természetes számok eseté elem k -ad osztályú ismétléses variációiak száma V k (ism) = k (2.15) Bizoyítás: Mit az el½oz½o bizoyításba is, az egyes elemek kihúzásaiak lehetséges számát kell meghatározuk és egyszer½ue csak összeszorozuk, hisze a (kihúzott) elemek kihúzási sorredje megit léyeges. Márpedig most, mivel visszatesszük midegyik kihúzott elemet, a soro következ½o midegyik elem kihúzására midig ugyaayi, lehet½oségük va, azaz az összes lehet½oségek száma most valóba, amit bizoyítauk kellett. Megjegyezzük, hogy a most bizoyított Állításba szerepl½o (2.15) kifejezésbe k 2 N tetsz½oleges természetes szám lehet, akár k > vagy akár k = 0. A k > esettel felesleges foglalkozuk, hisze (a visszatevések miatt) akármeddig folytathatjuk a mitavételezést! k = 0 eseté pedig a (2.15) képlet ismét 0 -val egyel½o, míg a gyakorlatba is ez azt jeleti, hogy hozzá sem kell kezdeük az elemek kiválasztásához. 2.20. Állítás: Tetsz½oleges ; k 2 N természetes számok eseté elem k -ad osztályú ismétlés élküli kombiációiak száma C k = ( 1) ::: ( k + 1) k! (2.16) Bizoyítás: Idézzük csak fel, mi is a külöbség a kombiációk és a variációk között? A kiválasztott (kihúzott) elemek csak maguk érdekesek, vagy az is, hogy milye sorredbe lettek kiválasztva! Mivel a 2.18.Állításba sem tettük vissza a már kiválasztott elemeket, akárcsak a jele Állításukba, próbáljuk meg a (2.14) eredméyt mostai feladatukhoz felhaszáli. Továbbá, a kiválasztott elemek mid külöböz½oek, hisze midig újat húztuk, és az eredeti halmaz elemei is mid külöböz½oek voltak. Tekitsük egy lehet½oséget, azaz a kiválasztott elemek egy halmazát. Ha a kombiáció szemszögéb½ol ézzük, akkor ez valóba halmaz, hisze a (kiválasztott) elemek sorredje léyegtele, vagyis egy lehet½oség, míg a variáció szemszögéb½ol ézve ez többféleképpe, többféle sorredbe volt lehetséges, a kihúzott elemek kihúzási sorredjei tekitetébe, vagyis P k = k! -féleképpe.

16 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI Vagyis a kombiáció mide megszámláladó kiválasztásához a (2.14) variáció k! lehet½osége tartozik, ráadásul külöböz½o kiválasztásokhoz a lehet½oségek külöböz½o (diszjukt) részhalmazai, ami alapjá majd a (2.14) összefüggés miatt C k = V k k! C k = amit bizoyítauk kellett, Q.E.D. ( 1) ::: ( k + 1) k! Az ismétlés élküli kombiációkra elterjedtebb az alábbi jelölés, a jegyzet hátralev½o részébe mi ezt haszáljuk. 2.21. De íció: Tetsz½oleges ; k 2 N természetes számok eseté bevezetjük a következ½o jelölést: := C k ( 1) ::: ( = k k! k + 1) (2.17) amit biomiális együtthatóak evezük és alatt k -ak (7) olvasuk. 2.22. Megjegyzések: (i) Ügyeljük a kombiációk kétféle jelöléséek írásmódjára: és k fordított elhelyzésbe va: C k = k! A kerek k zárójeles jelölésél ics törtvoal, a számelméletbe haszálatos a p Legedre-szimbólum -mal e tévesszük össze! (ii) A 2.20.Állításba bizoyított (2.16) összefüggést sokszor úgy alkalmazzuk, hogy a kiválasztadó elemeket em egyesével, egymás utá vesszük ki az alaphalmazból (és utáa feledkezük el a kihúzásuk sorredjér½ol (8) ), haem egyszer½ue egyszerre markoljuk meg és vesszük ki ½oket (ú. merít½okaál -módszer). (iii) A biomiális együtthatókál (ismétlés élküli kombiációkál) a k és paraméterek ismét tetsz½oleges természetes számok: = 0 ; k = 0 vagy k > eseté mid a képlet mid gyakorlati feladatuk (azaz elemek kihúzása) is 0 eredméyt ad! 7 ) Vigyázat: agolul over k = k és choose k = k. 8 ) mit a hagyomáyos 90 -es lottó sorsolásakor is a kihúzás utá állítják emelked½o számsorredbe a kihúzott számokat

2.3. PERMUTÁCIÓK, VARIÁCIÓK, KOMBINÁCIÓK 17 (iv) A biomiális együtthatók (2.17) de íciójába szerepl½o képletét többféleképpe is kiszámolhatjuk, mit például! = (2.18) k k! ( k)! vagy = k k 1 k 1 ::: k + 1 1 és még sok más módo is, e képletek azoosságát mide Olvasó köye beláthatja (HF). A 3.2. Biomiális együtthatók tulajdoságai c. alfejezet elejé részletesebbe foglalkozuk ezzel a kérdéssel is. (v) A biomiális és poliomiális elevezésekb½ol (9) valamely kapcsolatot sejtük a biomiális és poliomiális együtthatók között. Jól érezzük: az alábbi 2.25.Állításba megmutatjuk, hogy az s = 2 speciális esetbe (kétféle, de sok elemet kell sorbaredezük) éppe a biomiális együtthatókat kapjuk. A megegyezés aál is érdekesebb, mert a biomiális együtthatókkal a kombiációkál (elemek kiválasztásáál), míg a poliomiális együtthatókkal a permutációkál (elemek sorbaredezéséél) találkoztuk. A következ½o fejezetbe ismertetjük Newto biomiális tételét és a Poliomiális tételt, melyek még jobba rávilágítaak e két meyiség kapcsolatára. Haszálatos még az s = 3 esetbe a triomiális együttható elevezés is. 2.23. Tétel: Tetsz½oleges ; k 2 N természetes számok eseté elem k -ad osztályú ismétléses kombiációiak száma + k 1 C k (ism) = (2.19) 1 Bizoyítás: Itt sajos em haszálhatjuk fel a variációkál (akár ismétléses akár ismétlés élküli) igazolt összefüggéseket, mert hiába tudjuk megszámoli az egyes (bizoyos ismétl½odéssel) kihúzott elemek kihúzási sorredjeiek számát, az ismétléses permutációkál megismertek szerit: az egyes sorredek száma külöböz½o!, az ismétl½od½o elemek fajtáitól és számától függ½oe! A következ½o ötlettel ( jegyzetlapok ) azoba célhoz érhetük: mivel külöböz½o elem közül választuk ki éháyat, de csak a kihúzottak milyesége és em sorredje a léyeg, vegyük el½o a húzások megkezdése el½ott 9 ) bi om = két tag, tri om = három tag, poli om = sok tag (görögül)

18 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI jegyzetlapot, az kihúzható elem midegyike számára egyet-egyet, és a húzás folyamá mide egyes kihúzott elemél, visszatevése el½ott, húzzuk egyszer½ue egy voalkát (strigulát (10) ) a megfelel½o papírlapra. Most már csak az a kérdés, hogy háyféleképpe húzhatuk k voalat papírlapra? Már a feti godolatmeetbe is a 2.4. potba jelzett II.Módszert ( bijekciók ) haszáltuk: elemek kihúzása és redezgetése helyett papírlapra írogattuk voalkákat, és mivel e két halmazak: elemek visszatevéses de sorred élküli mitavételeiek halmaza és a papírlapokra írt voalka - sorozatok halmazáak ugyaayi eleme va (újabb HF!), eleged½o ez utóbbi halmaz elemeit összeszámoluk! Ez utóbbi problémáko pedig ismét egy átfogalmazással (bijekció) segíthetük. Hiába raktuk ugyais sorba az papírlapot, a rajtuk lev½o strigulák sorozata összemosóda, ha a papírlapok (potosabba a rajtuk lev½o voalkák) közé em rakák valami elválasztó jelet, modjuk egy-egy 0 számjegyet. Hát rakjuk, összese 1 -et! Így a következ½o újabb feladathoz jutuk: Háy olya, + k 1 hosszú, 0 és 1 jelekb½ol álló (biáris) jelsorozatuk va, amelybe 1 számú 0 és k darab 1 jel va? Természetese el½obb meg kell godoluk, hogy a két halmazak (voalak a papírlapoko és a feti jelsorozatok) ugyaayi eleme va (újabb HF.)! Ez pedig már gyerekjáték, potosabba ismétlés élküli kombiáció,hisze +k 1 külöböz½o elem (a jelek pozíciói, a helyiértékek) közül kell kiválasztauk 1 -et, a 0 jelek helyeit, méghozzá kiválasztásuk sorredje léyegtele, ez pedig valóba ismétlés élküli kombiáció! A 0 jelek választják el az egyes papírlapokat. Így, a 2.20. Állítás alapjá a lehet½oségek száma valóba + k 1 C k (ism) = C 1 +k 1 =. (2.20) 1 2.24. Megjegyzések: (i) A feti bizoyítás végé pozíciókból (helyiértékekb½ol) választottuk ki éháyat, azaz, mit már kezdett½ol fogva hagsúlyoztuk, legtöbbször em valódi tárgyakból haem elvotabb elemek közül kell kiválasztauk éháyat. (ii) Vegyük észre, hogy a most megvizsgált ismétléses kombiációkál az és k paraméterek tetsz½oleges természetes számok lehetek: mid a (2.19) 10 ) kis voal, pipa (émet)

2.3. PERMUTÁCIÓK, VARIÁCIÓK, KOMBINÁCIÓK 19 kifejezés (képlet) mid a gyakorlati probléma (húzogatások) értelmezhet½ok, és a feti bizoyítás is érvéyes. (iii) Nehéz megjegyezi a (2.19) kifejezésbe a bet½uk potos helyét és számát, f½oleg ha megemlítjük az alábbi alteratívát: + k 1 + k 1 =. (2.21) 1 k Ezt bárki köye pár perc alatt igazolhatja a (2.18) képlet alapjá (újabb HF!), bár a Biomiális együtthatók tulajdoságai alfejezet 2.29.(iii) Állításába részletese foglalkozuk a biomiális együtthatók feti és hasoló tulajdoságaival. Visszatérve a (2.19) képlet memorizálására, saját tapasztalatuk alapjá csak egy módszert ajálhatuk: a bizoyítás fejbe (pillaatok alatti) végigpörgetését. Már említettük, hogy a külöböz½o permutációk, variációk és kombiációk között szoros kapcsolat va. Két egyszer½ubb összefüggés igazolásával zárjuk alfejezetüket, további összefüggéseket és tulajdoságkat találhatuk a következ½o alfejezetbe. és 2.25. Állítás: Tetsz½oleges ; k 2 N természetes számok eseté ami képletbe V C k = P k; = P k (ism) = k k; k Bizoyítás: Mit mide kombiatorikai összefüggést, a fetieket is bizoyíthatjuk mid kombiatorikai okoskodással, mid a képletek alakításával. Most az egyszer utoljára mid a két módszert részletese ismertetjük. V em más, mit elemet a halmazból egyesével kihúzuk és a sorredet is feljegyezzük, modjuk úgy, hogy a kihúzás sorredjébe sorba lerakjuk ½oket. Ez pedig midig egy sorbaredezés azaz permutáció, ráadásul P, hisze mid az külöböz½o elemet mide lehetséges módo ki kell választai azaz sorbaredezi. A képletek alapjá pedig.

20 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI V = ( 1) ::: ( + 1) =! = P C k k; k (ism) és P midkette k > eseté 0 értéket adak, vagyis azoosak. (Algebrai bizoyítás vége.) Legye tehát 0 k rögzített. P k; k (ism) kombiatorikailag azt jeleti, hogy kétféle elemük va, k illetve k példáyba, azaz összese elem, amiket sorba kell rakuk (persze az összes lehetséges módo). Egy sorbaredezést pedig úgy is elkészíthetük, hogy el½oször az egyik típusú elemek helyeit (pozícióit) választjuk ki, a kiválasztás sorredje léyegtele mert midegyik els½o típusú elemet azoosak tekitük, majd végül a maradék második típusú elemeket egyszer½ue csak letesszük az üres helyekre. Márpedig, amikor az els½o típusú elemek helyeit választjuk ki, külöböz½o elem (helyek, pozíciók) közül kell k -t kiválasztauk, ismétlés élkül és a helyek kiválasztásáak sorredje sem léyeges. Ez pedig éppe egy ismétlés élküli kombiáció, potosabba C k. (Kombiatorikai bizoyítás vége.) A képletek alapjá egyszer½u az egyel½oség igazolása: a (2.13) és (2.18) összefüggések alapjá C k = k = amit bizoyítauk kellett, Q.E.D.! k! ( k)! = k; k k; k (ism) = P A feti bizoyítás alapjá az az érzésük támadhat, hogy képletekkel sokkal egyszer½ubb bármilye összefüggést bebizoyítauk, a kombiatorikai okoskodás sokkal meger½oltet½obb. Hiába ismételgeték, hogy a kombiatorika sem a képletek alakítgatásáak tudomáya. Meggy½oz½obb ikább, ha például a 2.2. Feladatot ajáljuk az Olvasó gyelmébe, vagy többek között a szerz½o [SzI; 0 97] feladatgy½ujteméyéek 7.11, 7.24, 7.25, 7.27, 7.30, 8.6, 8.7, 8.14, 8.20, 8.21, 8.31 vagy 8.37 feladatait. 2.4. A biomiális együtthatók tulajdoságai Mit az el½oz½o fejezetbe láttuk, de íció szerit az k biomiális együtthatók kombiatorikailag csak 1 k eseté értelmezhet½ok. A (2.17) formula alapjá azoba tetsz½oleges k; 2 N természetes számokra értelmezhet½ok (csak megismételjük a (2.17) de íciót): 2.26. De íció: Tetsz½oleges k; 2 N természetes számok eseté legye

2.4. A BINOMIÁLIS EGYÜTTHATÓK TULAJDONSÁGAI 21 := k ( 1) ::: ( k + 1) k!. (2.22) Köye belátható, hogy a feti kifejezés valóba tetsz½oleges k; 2 N természetes számokra értelmezhet½o, és 0 k eseté megegyezik a (2.16) és a (2.18) formulákkal: 2.27. Állítás: Tetsz½oleges k; 2 N természetes számok, 0 k eseté feáll az! = (2.23) k k! ( k)! azoosság. (Emlékeztetük arra, hogy 0! = 1.) Megjegyzések: Bár elméleti számításokál általába a (2.23) formula kéyelmesebb, agy számok eseté azoba gyakra a bee szerepl½o faktoriálisok már el sem férek a számológépe (70! 1; 198 10 100 vagy godoljuk csak Stirlig (2.28) tételére), így csak a (2.22) képlet a kivitelezhet½o. Például a lottóhúzásba szerepl½o 90 5 értéke em számolható ki a 90! módo, míg a 9089888786 formula kiszámítása másodpercekbe sem telik. 5!85! 12345 Még agyobb számokra még a (2.23) formulát is óvatosa kell alkalmazi. = 200199:::101 számítási módszer sem járható út, de a Például a 200 100 12:::100 200 100 átalakítással köyedé célhoz érhetük: = 200 100 199 101 ::: 99 1 200 100 9; 05 10 58. 2.28. Feladat: Becsüljük meg a (2.28) Sirlig formula segítségével értékét agy és k eseté! Az alábbiakba felsoroljuk a biomiális együtthatók legfotosabb tulajdoságait. A legtöbb azoosság igazolható akár kombiatorikai megfotolásokkal, akár a (2.22) vagy (2.23) képletek segítségével. Ahol lehetséges, mi a kombiatorikai godolatmeeteket részesítjük el½oybe, de javasoljuk az Olvasóak a (2.22) és (2.23) képletek alapjá a számításos elle½orzést is! Hagsúlyozzuk, hogy mi csak éháy elemi azoosságot ismertetük, Gould 1972-be megjelet köyvébe félezer azoosság található, a lista azóta többszörösére övekedett. Sok érdekes azoosság található még szite mide kombiatorikai köyvbe. k

22 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI 2.29. Állítás: Tetsz½oleges k; 2 N természetes számok eseté igazak az alábbi összefüggések: = = 1 (i) 0 = = (ii) 1 1 = (iii) k k = 0 ha k > (iv) k Bizoyítás: (i) elemb½ol 0 elem kiválasztása: hozzá sem yúluk a halmazhoz. elem kiválasztása: az összeset ki kell veük Mid a két alkalommal a lehet½oségek száma 1. (ii) elemb½ol 1 elem kiválasztása: valamelyiket kell kiveük, ez lehet½oség. 1 elem kiválasztása: potosa egyiket, valamelyiket kell bet hagyuk, ez is lehet½oség. (iii) elemb½ol k elem kiválasztása potosa azt jeleti, hogy kiválasztjuk azt a k elemet, amit a halmazba bethagyuk, vagyis a többi k elemet tesszük ki a kalapból. A (iii) tulajdoságot szokás szimmetria - tulajdoság -ak is evezi. (iv) elemb½ol semmiképpe sem tuduk többet kiválasztai (visszatevés élkül) mit ameyie vaak. 2.30. Állítás: Tetsz½oleges k; 2 N természetes számok eseté igaz a következ½o összefüggés: + 1 + = (2.24) k 1 k k Bizoyítás: régi és +1 új elemb½ol k elemet kiválasztai lehet úgy is, hogy az új elemet is kiválasztottuk, vagyis már csak k 1 elem kiválasztásá kell godolkozuk, ami k 1 lehet½oség, vagy pedig midegyik kiválasztadó elem régi, ami pedig k lehet½oség. A feti azoosság az alapja az ú. Pascal-háromszögek, amikor a biomiális együtthatókat háromszög alakba redezzük el, szemléltetés céljából: 0 0

2.4. A BINOMIÁLIS EGYÜTTHATÓK TULAJDONSÁGAI 23 1 1 0 1 2 2 2 0 1 2 3 3 3 3 azaz 0 1 2 3 4 4 4 4 4 0 1 2 3 4 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 : : : : : : : : A 2.29. Állítás (i) összefüggése szerit midegyik sor széls½o elemei 1 -ek, továbbá a (2.24) összefüggés szerit midegyik elem a felette (balra és jobbra) lev½o elemek összege, így a Pascal háromszög akármeddig köyye folytatható. (A Pascal háromszög a Négyjegy½u függvéytáblázatok c. középiskolai segédköyvbe is megtalálható a 14.B. táblázatba.) A biomiális együtthatók eddigi és további tételei is szemléltethet½oek a Pascal háromszög soraiba, átlóiba stb., ezek vizsgálatára mi most em térük ki. 2.31. Állítás ( Vadermode-kovolúció ): Tetsz½oleges k; `; 2 N természetes számok eseté igaz a következ½o összefüggés: kx i=0 i k ` + ` = i k Bizoyítás: Hasolít a (2.24) összefüggés bizoyításához. (2.25)

24 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI Az +` elem közül elem Jóska tulajdoa míg ` Marié. Ha k elemet kell t½olük kölcsökérük, akkor valameyit, modjuk i -t Jóskától, míg k i -t Maritól kapuk, külö-külö ez i ill. ` k i -féle lehet½oség rögzített i eseté. Mivel egymástól függetleül kapuk t½olük, ezért kell e két meyiséget összeszorozi, és mivel külöböz½o i -kre ezek más-más esetek, ezért lehet összeadi. (Lásd még az Összeszámlálás két alapmódszerét a 2. fejezet 2.2. potjába.) A most bizoyított összefüggés valóba a (2.24) általáosítása, hisze ` = 1 választással az összegek csak két tagja va: i = 0 és 1. 2.32. Állítás: Tetsz½oleges k; 2 N természetes számok eseté igaz a következ½o összefüggés: k + k k + 1 + ::: + k = k + 1 k + 1 (2.26) Bizoyítás: Háyféleképpe lehet az 1; 2; :::; +1 számok közül k +1 -et kiválasztai? Számoljuk külö azo esetek szerit, amikor is a legagyobb kiválasztott szám k + 1 (kisebb em lehet), k + 2,... vagy + 1. Ekkor a maradék k számot a legagyobb szám alatt lehet kiválasztai, redre a k, k + 1,..., számok közül, ami pedig redre k k, k+1 k,..., k lehet½oség. Az összeszámolt lehet½oségek mid külöböz½oek. Felhívjuk a gyelmet, hogy a feti összeg X i=0 i = k + 1 k + 1 alakba is írható, hisze a 3.9.(iv) összefüggés alapjá i < k eseté az összeadadó tagok mid 0 -ák! Mit említettük, a biomiális együtthatókra voatkozó összefüggések az együtthatók (2.17) vagy (2.18) képlete alapjá számolással is igazolhatók. A feti (2.26) összefüggés például a (2.24) alapjá is igazolható, -re voatkozó teljes idukcióval. 2.33. Állítás: Tetsz½oleges 2 N természetes szám eseté az i biomiális együtthatók 0 i 2 eseté szigorúa mooto övekedek míg i eseté szigorúa mooto csökkeek. 2

2.5. BINOMIÁLIS ÉS POLINOMIÁLIS TÉTELEK 25 Bizoyítás: A triviális = i + 1 i i i + 1 összefüggés alapjá az állítás köye belátható. Megjegyezzük, hogy a 3.9. Állítás (iii) összefüggése szerit eleged½o csak a jele állítás egyik felét igazoli. Vagyis az i együtthatók (rögzített eseté) a sorozat közepéig mooto ½oek, majd szimmetrikusa csökkeek. Emlékeztetük arra, hogy a sorozat két szélé 0 = = 1 és 1 = 1 = áll, míg a közepé elhelyezked½o legagyobb elem, =2 értéke az el½oz½o fejezetbe megismert (2.28) Stirlig- formula alapjá 2 2 2 p 2. 2.5. Biomiális és poliomiális tételek Közismert az (a + b) 2 = a 2 + 2ab + b 2 képlet, vagyis tetsz½oleges kéttagú (biom) összeget (majdem!) tagokét tuduk hatváyozi. Természetese a és b tetsz½oleges valós vagy komplex számok, esetleg kvateriók (11), vagy akár poliomok, tetsz½oleges függvéyek stb. is lehetek. Hasolóa köy½u több tagú összeget (poliom (12) ) is magasabb hatváyra emeli. (Az egyszer½uség miatt mi csak komplex számokkal foglalkozuk.) Kezdjük a biomiális tétellel. 2.34. Tétel: (Newto (13) biomiális tétele) Tetsz½oleges a; b 2 C komplex számok és 2 N természetes szám eseté (a + b) = X i=0 a i b i. (2.27) i 11 ) a kvateriók számteste Q = fa + bi + cj + dk : a; b; c; d 2 Rg ahol i 2 = j 2 = k 2 = 1 és ij = ji = k; jk = kj = i; ki = ik = j; és természetese C Q. 12 ) görög szóösszetételek, szó szeriti fordításba bi om = két tag, tri om = három tag, poli om = sok tag 13 ) Isaac Newto (1643-1727) közismert agol matematikus és zikus

26 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI Bizoyítás: A tételt általába -re voatkozó idukcióval szokás bizoyítai, a 3.10. Állítás (2.24) összefüggése alapjá. (Javasoljuk az Olvasóak gyakorlásképpe azt a bizoyítást is átgodoli.) Mi ikább egy közvetle számolási módszert választottuk, ami egyrészt a tétel felfedezéséek élméyét is adja, másrészt a kombiatorikai fogalmakkal való kapcsolatát is jobba felfedi. Számoljuk ki tehát a hatváyt a de íció alapjá (-tagú szorzat): (a + b) = (a + b) (a + b) ::: (a + b). Persze mide tagot midegyikkel megszorzuk. De em el½oször csak az els½o két zárójelet, majd a szorzatot a harmadik zárójellel szorozzuk be és így tovább! Haem az zárójelet egyszerre: midegyik zárójelb½ol mide lehetséges módo kiveszük vagy a -t vagy b -t, és ezeket a tagokat szorozzuk össze egymással (vagyis valóba a i b i alakú tagokat kapuk mide lehetséges 0 i értékre), és persze a végé az azoos hatváyokat összegy½ujtjük egy P -ba. Háyféleképpe kaphatuk a i b i alakú szorzatokat rögzített i eseté? Vagyis az adott zárójel közül kell i -b½ol az a tagot kiválasztauk, és a maradék i zárójelb½ol választuk ki b tagot. (Vagyis téyleg 0 i.) Márpedig tudjuk, hogy külöböz½o valami közül i -t kiválasztai potosa i -féleképpe lehet. Newto (és t½ole függetleül Bolyai Jáos is) általáosította a feti eredméyt tetsz½oleges 2 R kitev½ore. A 3.1. Tétel egy érdekes változata az alábbi, amely viszot teljes idukcióval igazolható köyebbe (ezt is javasoljuk az Olvasóak átgodoli.) 2.35. Tétel: (Newto) Tetsz½oleges természetes számra és f; g : R! R, x -be -szer di ereciálható függvéyekre teljesül: X (f(x) g(x)) () = f(x) (i) g(x) ( i). i i=0 Lássuk a többtagúak hatváyait: 2.36. Tétel: (Poliomiális tétel) Tetsz½oleges a 1 ; :::; a s 2 C komplex számok és s; 2 N természetes számok eseté feáll az X (a 1 + ::: + a s ) = a k 1 1 ::: a ks s k 1 ; :::; k s 0k 1 ;:::;ks k 1 +:::+ks=

2.6. BINOMIÁLIS EGYÜTTHATÓK ÖSSZEGEI 27 összefüggés. Mit az el½oz½o alfejezetbe láttuk, s = 2 eseté az k 1 ;k 2 = k 1 ; poliomiális együttható éppe az k 1 biomiális együtthatóval egyezik meg, vagyis téyleg a 3.1. Tétel általáosításáról va szó. Az általuk adott bizoyítás is eek megfelel½oe hasoló a 3.1. Tétel bizoyításához: ismét em teljes idukciót, haem csak a hatváyozás de ícióját haszáljuk. k 1 Bizoyítás: Számoljuk ki a hatváyt a tault módo, amit a 2.34.Tétel bizoyításába is tettük ( -tagú szorzat): (a 1 + ::: + a s ) = (a 1 + ::: + a s ) (a 1 + ::: + a s ) ::: (a 1 + ::: + a s ). Mide tagot midegyikkel megszorzuk,mégpedig az zárójelb½ol egyszerre: midegyik zárójelból mide lehetséges módo kivesszük valamelyik a i -t, és ezeket a tagokat szorozzuk össze egymással. Vagyis valóba a k 1 1 :::a ks s alakú tagokat kapuk ahol 0 k 1 ; :::; k s és k 1 + ::: + k s =. A végé az azoos hatváyokat összegy½ujtjük egy P -ba, amihez már csak azt kell meggodoluk, hogy háyféleképpe kaphatuk a k 1 1 :::a ks s alakú szorzatokat rögzített, feti tulajdoságú k 1 ; :::; k s kitev½ok eseté? Az adott zárójel közül kell tehát k 1 -b½ol az a 1 tagot kiválasztauk, k 2 -b½ol az a 2 -½ot, és így tovább, és a maradék k s zárójelb½ol az a s tagot. (Persze k i = 0 vagy k i = is lehetséges, de ismételjük: k 1 + ::: + k s =, és most a k 1 ; :::; k s kitev½ok rögzítettek.) E feladathoz legegyszer½ubb, ha zsetot el½oveszük, ezek közül k 1 -re a 1 -et íruk, k 2 -re a 2 -½ot, és így tovább, a maradék k s zsetora pedig a s -et. Sorbarakjuk a zsetookat a zárójelek alá, és midegyik zárójelb½ol azt az a i számot választjuk ki, amely a zsetora va írva. Márpedig e zsetook sorbarakása ismétléses permutáció. Így a lehet½oségek száma a taultak szerit éppe az k 1 ;:::;k s kifejezés, amit most már joggal hívhatuk poliomiális együtthatóak. Speciális esetkét már találkoztuk a biomiális (s = 2) együtthatókkal (elle½orizzük!), haszálatos még a s = 3 eseté a triomiális együttható elevezés is. 2.6. Biomiális együtthatók összegei Már a biomiális és poliomiális tételekb½ol is egyszer½ue yerhetük fotos összefüggéseket:

28 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI illetve 2.37. Tétel: Tetsz½oleges 2 N természetes szám eseté X i=0 X ( 1) i i=0 = 2, (i) i = 0. (ii) i Bizoyítás: Newto (2.27) biomiális tétele alapjá kapjuk, hogy (1 + 1) = (1 1) = X i=0 X i=0 1 i 1 i ( 1) i 1 i, i valamit haszáljuk fel az 1 + 1 = 2 és az 1 1 = 0 összefüggéseket is. Más szóval, ha a Pascal háromszög (bármelyik) sorába összeadjuk az elemeket, 2 megfelel½o hatváyát kapjuk, illetve a tagokat váltakozó el½ojellel összadva 0 -át kapuk. Páros eseté ez azoal következik a biomiális együtthatók 3.9.Állítás (iii) -be ismertetett szimmetria tulajdoságából, de páratla -re ez már em olya yilvávaló. A feti eredméyt ismét lehete teljes idukcióval is igazoli. (i) kombiatorikai igazolása a véges meyiségek közötti jobb eligazodást is segíti, ezért érdemes vele is megismerkedi: (i) kombiatorikai bizoyítása: Háy részhalmaza va egy -elem½u halmazak? Persze potosa 2 de részletesebbe: vaak 0; 1; :::; i; :::; elem½u részhalmazok, melyekb½ol redre 0 ; 1 ; :::; i ; :::; va. Egyazo meyiséget kétféleképpe számolva ugyaaz (általába) az eredméy, vagyis 2 = P i=0 i, amit állítottuk. A 3.12. Tétel (2.26) összefüggésébe a : : biomiális együtthatók fels½o tagja szerit, míg jele Tételbe az alsó tagok szerit törtét az összegezés. További egyel½oségeket yerhetük, ha az aalízis fegyvereit is bevetjük. Ismételjük: a bizoyításba ismertetett módszer az, amit els½osorba az Olvasó gyelmébe ajáluk! i

2.7. A STIRLING FORMULA 29 és 2.38. Tétel: Tetsz½oleges 2 N természetes szám eseté X i = 2 1 (i) i i=0 X i=0 i i = 2 1 + 1. Bizoyítás: Megit Newto biomiális tételéb½ol iduluk ki, de hoa eredhetek az i szorzó- ill. osztótéyez½ok? Az x i függvéyek deriválásából ill. itegrálásából! Ezért, mivel rögzített, tekithetjük az X f(x) := (1 + x) = x i i függvéyt ahol x 2 [0; 1]; és most kivételese legye 0 0 = 1. Ekkor az egyel½oség midhárom oldalát deriválva ill. itegrálva kapjuk, hogy X f 0 (x) := (1 + x) 1 = i x i 1 i és Z 0 f(x) := (1 + x)+1 1 + 1 i=0 i=0 = X i=0 xi+1 i i+1 (az egyértelm½uség miatt vettük 0-ba elt½u½o itegrált). A feti egyel½oségekbe x helyére 1-et helyettesítve kapjuk a bizoyítadó összefüggéseket. További azoosságok felfedezéséhez tekithetjük még a (ii) g(x) := (1 x) függvéyt is, komplex számokat is alkalmazhatuk, további ötleteket találuk még az [SzI; 0 97] feladatgy½ujteméybe is. 2.7. A Stirlig formula Már eddig is gyakra kellett alkalmazuk képleteikbe az! meyyiséget, s½ot a biomiális együtthatók f½o alkotórészéek is tekithetjük.

30 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI Ezért is haszos számukra a J.Stirlig által felfedezett alábbi közelít½o formula, mely! agyságredjét agyo is potosa adja meg: 2.39. Tétel (J.Stirlig (14) - formula ): Elég agy (15) 2 N természetes szám eseté p! 2 (2.28) e s½ot kicsit potosabba e p 2 e 1 12 1 360 3! e p 2 e 1 12. (2.29) Mi els½osorba a biomiális együtthatók, k és =2 értékéek, valamit O(2 ) és O(!) futásidej½u algoritmusok összehasolítására haszáljuk a feti formulákat. 2.8. Nagyméret½u feladatok A kombiatorikába a kisméret½u (pármillió alatti) végeredméyek a meglep½oek, most éháy szemléletes példát soroluk fel a agyságredek érzékeltetésére. A feladatok megoldása és elemzése a jegyzet végé található. 2.40. Példa Egy -jegy½u N szám prímtéyez½os felbotását keressük. Egy tault módszer: a páratla számokat próbáljuk ki p N -ig. Háy osztást kell elvégezük? a) Ez meyi id½o lee = 20, = 30, = 40 és = 50 eseté egy 5 GHz -es gépe futtatva (ha csak az osztásokat számítjuk egy-egy lépések)? (A mai titkosírásokál, pl. https -él többszázjegy½u számokkal kell számoli.) b) Meyire csökkee a futásid½o, ha a p N alatti prímszámokat egy tömbbe (táblázatba) tárolák, és csak e prímszámokat próbálák ki? 2.41. Példa a) Háy szorzást kell elvégezük egy -es mátrix determiásáak kiszámításához (a de íció szerit)? Ez meyi id½o lee =15, =20 és =25 eseté egy 5 GHz -es gépe futtatva (ha csak a szorzásokat számítjuk egy-egy lépések)? Becsüljük meg a kapott eredméy agyságredjét! 1 eseté! 14 ) James Stirlig (1692-1770) skót matematikus, els½osorba statisztikával, végtele sorok kovergeciájával, mechaikával foglalkozott. 15 ) függvéyek aszimptotikájáak potos de ícióját aalízisbe tauljuk, itt most em foglalkozuk vele.

2.8. NAGYMÉRET ½U FELADATOK 31 b) Ugyaekkora mátrixok szorzásához, illetve -edik hatváyáak kiszámolásához háy szorzást kell elvégezük? Ezeket is számoljuk át mp re, 5 GHz es gépet feltételezve! 2.42. Példa Legye f : R p! R egy tetsz½oleges p -változós, -szer deriválható függvéy. a) Háyféle -edik deriváltja va? (Ne feledjük Schwarz tételét!) b) Háy tagból áll az f (x) függvéy N -edred½u Taylor poliomja? c) Háy -edik deriváltja va az olya g : R p! R függvéyekek, melyekre em igaz Schwarz tétele (azaz D i g 6= D j g ha i 6= j)? 2.43. Példa Tekitsük egy -változós f logikai függvéyt. a) Háy sorból áll igazságtáblázata? Meyi id½o alatt értékelé ki egy 5 GHz -es gép, ha mide órajel alatt egy-egy sort tuda kiértékeli? b) Ha feltesszük, hogy az f függvéy értékeiek kb. 50% -a igaz, akkor háy karakterb½ol áll az f függvéy Diszjuktív Normálforma (DNF) alakba? Meyi ideig yomtatá a karaktereket egy 5 GHz es gép, ha mide órajel alatt egy-egy karaktert yomtata ki? Háy oldalo illetve háy kötetbe (háy méter polco) fére ki ez a DNF 4 pt -os bet½uméretbe, 152 sor, sorokét 225 karakter, "biblia"-papíro 1500lap = 4cm? (Idexes vátozókat haszáljuk: p 1... p, vagyis midegyik változóra két-két karaktert számoljuk. A tagadás m½uveletét jelöljük felülvoással, vagyis ez em külö karakter. Lehet½o legkevesebb zárójelet haszáljuk: ( _... _ ) ^ ( _... _ )... alakba.) c)* Átlagosa milye hosszú egy DNF, ha csak a legfeljebb 50% -ba igaz függvéyeket tekitjük? 2.44. Példa o) Háy egyszer½u gráf va csúcso? a) Két -elem½u halmaz között háy bijekció va? b) Ha "favágó" -módo két -csúcsú egyszer½u gráf izomor áját úgy keresék, hogy csúcshalmazaik között az összes bijekció éltartóságát elle½orizék, akkor ez meyi id½ot vee igéybe egy 5 GHz es gépe, ha mide órajel alatt egy-egy él-elle½orzést végeze? 2.45. Példa o) Egy -elem½u és egy k -elem½u halmaz között háy tetsz½oleges függvéy va? a) A "favágó" módszer alkalmazásával meyi id½o alatt tudák eldötei egy -csúcsú gráfról, hogy 3-kromatikus -e, azaz k = 3 jó -e (5 GHz-es gép, mide órajelbe... )? b) Mi a helyzet a k = 2 esetbe? 2.46. Példa Háy tagból áll az (x 1 +x 2 +...+x p ) kifejezés (a poliomiális tétel szerit kifejtve)? Ez meyi például =10 és p=5 eseté?

32 FEJEZET 2. KOMBINATORIKA ELEMEI 2.47. Példa Háyféleképpe lehet az x 1 x 2 : : : x kifejezést zárójelezi? Meyi ideig yomtatá a végeredeméyt egy 5 GHz-es gép (mide órajelbe... )? 2.48. Példa Az 1,2,...,100 számok közül háyféleképpe lehet kiválasztai hármat úgy, hogy a kiválasztott számok összege osztható legye 3-mal? (XVII. Bátaszéki matematikaversey, országos döt½o 7.oszt., 2006.) 2.49. Példa Tekitsük a természetes számoko a következ½o (végtele) gráfot: K = (N; F ) ahol (m; ) 2 F ha m és relatíve prímek. Mutassuk meg, hogy ekkor tetsz½oleges G = (V; E) gráf potosa akkor feszített részgráfja K -ak, ha G tetsz½oleges P 2 V csúcspotjára a G (P ) gráf kromatikus száma véges (itt (P ) jelöli P szomszédaiak halmazát G -be, a feladat általáosítását [SzI; 0 91] -be találhatjuk). 2.50. Példa Háy tagból áll a logikai szitaformula részhamaz eseté? 2.9. Gyakorló feladatok A szerz½o [SzI; 0 97] feladatgy½ujteméyéek 5. és 6., de még ikább a 7. és 8. fejezeteibe sok változatos és megoldással ellátott feladatot találuk gyakorlás céljára. Ismételte felhívjuk a gyelmet, hogy hiába kevés elméleti eredméyel találkoztuk jele fejezetbe, de a gyakorlati problémák megoldásához szükséges ügyességet csak hosszú hóapok alapos gyakorlásával szerezhetjük meg! A kezd½ok örök dilemmája és hibalehet½osége: összeadi vagy összeszorozi kell, lehet-e egyáltalá valamelyik képletet haszáli és melyiket, vagy csak gyalogosa fel kell soroli az összes lehet½oséget, esetleg valamely szempotok szerit csoportosítva, kicsit megköyítve a tegeryi eset felsorolását, és a legfotosabb: Midet összeszámoltuk? Semmit sem számoltuk kétszer? Csak a halmaz elemeit számoltuk meg (16)? 2.51.Feladat: Igazoljuk az alábbi állításokat (17) teljes idukcióval : /0/ 1 2 + 2 2 + ::: + 2 ( + 1) (2 + 1) = 6 (a címlapo lev½o ábra ezt az összefüggést szemlélteti). 16 ) Lásd a fejezet legelejé írt (2.1.) jótaácsukat! 17 ) Természetes számok bármely hatváyaiak összegére a fetihez hasoló zárt formulák (képletek) gyártását [SzI; 0 00] -ba taulhatjuk meg.