Permutations


Cho n là một số nguyên dương, r là một số nguyên thoả mãn 0\leq r\leq nA là một tập hợp có n phần tử. Một r-hoán vị của A (hay một chỉnh hợp chập r của A) là một cách xếp r phần tử nào đó của A thành một hàng. Một n-hoán vị của A sẽ được gọi là một hoán vị của A.

Ví dụ 1. Cho tập A=\{a,b,c,d\}. Khi đó các 3-hoán vị của A là (có tất cả 24):

abc,acb,bac,bca,cab,cba,

abd,adb,bad,bda,dab,dba,

acd,adc,cad,cda,dac,dca,

bcd,bdc,cbd,cdb,dbc,dcb. \Box

Định lí 1. Cho n là một số nguyên dương, r là một số nguyên thoả mãn 0\leq r\leq nA là một tập hợp có n phần tử. Khi đó số r-hoán vị của A bằng A_n^r=\dfrac{n!}{(n-r)!}. Nói riêng, số hoán vị của A bằng P_n=n!.

Chứng minh. Một r-hoán vị của A sẽ được hình thành sau r bước: Đầu tiên, chọn một phần tử từ A và đặt nó vào vị trí thứ nhất; sau đó ta chọn trong các phần tử còn lại của A một phần và đặt nó vào vị trí thứ hai;…; và cuối cùng ta chọn một phần tử từ n-r+1 phần tử còn lại của A và đặt nó vào vị trí thứ r. Vì có n cách làm bước thứ nhất, n-1 cách làm bước thứ hai;…; và n-r+1 cách làm bước thứ r nên theo quy tắc nhân, ta có A_n^r=n(n-1)\cdots (n-r+1)=\dfrac{n!}{(n-r)!}. \Box

Ví dụ 2. Gọi E là tập tất cả 26 chữ cái tiếng Anh. Tìm số các từ gồm 5 chữ trong E sao cho chữ đầu tiên, chữ cuối cùng là các nguyên âm phân biệt và ba chữ còn lại là các phụ âm phân biệt.

Lời giải.5 nguyên âm trong E đó là a,e,i,o,u21 chữ cái còn lại là các phụ âm. Một từ thỏa mãn yêu cầu của đầu bài sẽ được hình thành sau hai bước: Đầu tiên, chọn một 2-hoán vị của \{a,e,i,o,u\} và đặt nguyên âm thứ nhất vào vị trí 1, nguyên âm thứ hai vào vị trí 5, sau đó chọn một 3-hoán vị của E\setminus \{a,e,i,o,u\} và đặt phụ âm thứ nhất, hai, ba của hoán vị vào vị trí 2,3,4 tương ứng.

Bởi vì có A_5^2 cách để làm bước thứ nhất và A_{21}^3 cách để làm bước thứ hai nên theo quy tắc nhân ta có số các từ thoả mãn là A_5^2\times A_{21}^3=159600. \Box

Continue reading “Permutations”