同じものを含むとは 順列を考える問題の多くは 「人」 や 「区別のあるもの」 が登場します。ですがそうでない時、例えば 「色のついた球」 や 「記号」 などは少し考える必要があります。 なぜなら、球や記号は 他と区別がつかないので数えすぎをしてしまう可能性がある からです。 例えば、赤玉 2 個と青玉 1 個を並べることにします。 この時 3 個あるので単純に考えると \(3! =3\cdot 2\cdot 1=6\) で計算できそうですが、並べ方を具体的に考えるとこの答えが間違っていることがわかります。 例えば のような並べ方がありますが前の 2 つの赤玉をひっくり返した も 順列の考え方からすると 1 つのパターンになってしまいます 。 ですがもちろんこれは 見た目が全く同じなのでパターンとしては 1 パターンとして見なくてはいけません 。 つまり普通に順列を考えてしまうと明らかに数えすぎが出てしまうのです。 ではどうしたら良いか、これは組み合わせを考えた時と同じ考え方をしましょう。 つまり 数えすぎを割る ことにするのです。先ほどの例でいうと赤の入れ替え分、つまり \(2! \) 分だけ多いです。 ですからまず 全てを並べ替えて 、そのあとに 並べ替えで同じになる分を割ってあげればいい ですね。 パターンとして同じになるものは、もちろん同じものが何個あるかによって違います。 先ほどは赤玉2個だったのでその入れ替え(並び替え)分の \(2! \) で割りましたが、赤玉3個、青玉 1 個で考えた時には \(\frac{4! 同じものを含む順列 問題. }{3! }=\frac{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1}{3\cdot 2\cdot 1}=4\)通り となります。3個だと一つのパターンにつきその並べ替え分の \(3! \) だけ同じものが出てきてしまいますからね。 これを踏まえれば同じものが何個出てきても大丈夫なはず。 教科書にはこんな風に書いています。 Focus 同じものがそれぞれ p 個、 q 個、 r 個・・・ずつ計 n 個ある時、 この n 個のものを並べる時の場合の数は \(\frac{n! }{p! q! r! \cdots}\) になる。 今ならわかりますよね。なぜ割っているか・何で割るのか理解できるはずです。多すぎるので割る。この発想は色々なところで使えます。 いったん広告の時間です。 同じものを含む順列の例題 今、青玉 3 つ、赤玉 2 つ、白玉 1 つ置いてある。以下の問題に答えよ。 ( 1) 全ての玉を1列に並べる方法は何通りあるか ( 2) 6つの玉の中から3つの玉を選んで並べる方法は何通りあるか ( 1)はまさに公式通りの問題です。同じものが青玉は 3 つ、赤玉は 2 つありますね。 まずは全ての並べ方を考えて \(6!
}{3! }=4$ 通り。 ①、②を合わせて、$12+4=16$ 通り。 したがってⅰ)ⅱ)より、$10+16=26$ 通りである。 同じものを含む順列に関するまとめ 本記事の結論を改めて記そうと思います。 組合せと"同じ"("同じ"ものを含む順列だけに…すいません。。。) 整数を作る問題は場合分けが必要になってくる。 本記事で応用問題の解き方のコツを掴んでいきましょうね! 「場合の数」全 12 記事をまとめました。こちらから次の記事をCHECK!! あわせて読みたい 場合の数とは?【高校数学Aの解説記事総まとめ12選】 「場合の数」の総まとめ記事です。場合の数とは何か、基本的な部分に触れた後、場合の数の解説記事全12個をまとめています。「場合の数をしっかりマスターしたい」「場合の数を自分のものにしたい」方は必見です!! 以上、ウチダショウマでした~。
同じものを含む順列では、次のように場合の数を求めます。 【問題】 \(a, a, a, b, b, c\) の6個の文字を1列に並べるとき,並べ方は何通りあるか。 $$\begin{eqnarray}\frac{6! }{3! 2! 1! }=60通り \end{eqnarray}$$ なぜ同じものの個数の階乗で割るのでしょうか? 同じものを含む順列 道順. また、 この公式は組み合わせCを使って表すこともできます。 この記事を通して、「公式のなぜ」について理解を深めておきましょう。 また、記事の後半には公式を利用した問題の解き方についても解説しているので、ぜひご参考ください! なぜ?同じ順列を含む公式 なぜ同じものの個数の階乗で割らなければならないのでしょうか。 \(a, a, b\) の3個の文字を1列に並べるときを例に考えてみましょう。 同じ文字 \(a\) が2個あるわけなんですが、これがすべて違うものだとして並べかえを考えると、次のようになります。 3個の文字の並べかえなので、\(3! =6\)通りとなりますね。 しかし、実際には \(a\) は同じ文字になるので、3通りが正しい答えとなります。 ここで注目していただきたいのが、 区別なし ⇒ 区別ありにはどのような違いがあるかです。 区別なしの文字列に含まれている 同じ文字を並べかえた分 だけ、区別ありの場合の数は増えているはずです。 つまり、今回の例題では \(a\) が2個分あるので、\(\times 2! \) となっています。 次に、これを逆に考えてみると 区別あり ⇒ 区別なしのときには、\(\div2! \) されている ってことになりますね。 よって、場合の数を求める計算式は次のようになります。 つまり、同じ文字を含む順列を考える場合のイメージとしては、 まずはすべてが違うものだとして、階乗で並べかえを考える。 次に、同じ文字として考え、同じ並びになっているものを省いていく。 その省き方が、同じ文字の個数の階乗で割ればよい。 という流れになります。 なぜ同じ文字の個数で割らなければならないの? という疑問に対しては、 \(n! \) という計算では「区別あり」の場合の数しか求めることができません。 そのため、 同じ文字の個数の階乗で割ることによって、ダブりを省く必要があるから です。 というのがお答えになりますね(^^) ちょっと、難しいお話ではあるんだけどイメージは湧いたかな?
}{3! 2! 2! }=\frac{9・8・7・6・5・4}{2・2}=15120 (通り)$$ (2) 「 e、i、i がこの順に並ぶ」ということは、この $3$ 文字を統一して、たとえば X のように置いて考えられるということ。 したがって、n が $3$ 個、X が $3$ 個、g が $2$ 個含まれている順列なので、 $$\frac{9! }{3! 3! 2! }=\frac{9・8・7・6・5・4}{3・2・2}=5040 (通り)$$ (解答終了) さて、(2)の解き方は理解できましたか? 一定の順序を含む $→$ 並び替えが発生しない。 並び替えがない $→$ 組合せで考えられる。 組合せの発想 $→$ 同じものを含む順列。 連想ゲームみたいに頭の中を整理していけば、同じ文字 X に統一して議論できる理由がわかりますね^^ 同じものを含む順列の応用問題3選 では次に、同じものを含む順列の応用問題について考えていきましょう。 具体的には、 隣り合わない文字列の問題 最短経路問題 整数を作る問題【難しい】 以上 $3$ つを解説します。 隣り合わない文字列の問題 問題. s,c,h,o,o,l の $6$ 文字を $1$ 列に並べる。このとき、以下の問いに答えよ。 (1) 子音の s,c,h,l がこの順に並ぶ場合の数を求めよ。 (2) 母音の o,o が隣り合わない並べ方は何通りあるか。 またやってきましたね。文字列の問題です。 (1)は復習も兼ねていますので、問題なのは(2)です。 「 隣り合わない 」をどうとらえればよいか、ぜひじっくりと考えてみて下さい。 ↓↓↓ (1) 子音の s,c,h,l を文字 X で統一する。 よって、X が $4$ 個、o が $2$ 個含まれている順列なので、 $$\frac{6! }{4! 【高校数学A】同じものを含む順列 n!/p!q!r! | 受験の月. 2! }=\frac{6・5}{2・1}=15 (通り)$$ (2) 全体の場合の数から、隣り合う場合の数を引いて求める。 ⅰ)全体の場合の数は、o が $2$ 個含まれている順列なので、 $\displaystyle \frac{6! }{2! }=360$ 通り。 ⅱ)隣り合う場合の数は、oo を一まとめにして考える。 つまり、新たな文字 Y を使って、oo $=$ Y と置く。 よって、異なる $5$ 文字の順列の総数となるので、$5!
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