2.5
Комбинаторика Модуль · Глава 2 Вероятность
К Главе 2
2.5
Модуль 2.5 · Комбинаторика

Считать, не перечисляя

Чтобы найти вероятность, часто нужно знать сколько всего исходов и сколько из них благоприятных. Перечислять руками — безнадёжно: у лотереи «$6$ из $45$» вариантов больше восьми миллионов. Комбинаторика считает их формулой, не выписывая ни одного.

шаг 1: 2 2 × 3 = 6 путей
Два шага → варианты перемножаются.

Вероятность начинается со счёта: сколько всего исходов и сколько среди них благоприятных.

Принцип счёта
Раздел 1 · Зачем считать

Счёт под вероятностью

Классическая вероятность — это благоприятные исходы, делённые на все. Чтобы её найти, оба числа нужно посчитать.

Перечислять нельзя

  • Исходов слишком много. Уже у пароля из $4$ цифр их $10\,000$, а у лотереи — миллионы; вручную не выписать.
  • Нужна формула. Комбинаторика даёт правила, которые считают количество вариантов без перечисления.
  • Это вход в вероятность. Посчитал «все» и «благоприятные» — поделил, получил $P$.
Раздел 2 · Умножение

Правило умножения

Главный инструмент: если выбор делается шагами, число вариантов на шагах перемножается.

Правило умножения $$N = n_1 \cdot n_2 \cdot \ldots \cdot n_k$$

Если шаг $1$ можно сделать $n_1$ способами, шаг $2$ — $n_2$ способами и так далее, то всё вместе — их произведение. Для $4$-значного ПИНа: $10 \cdot 10 \cdot 10 \cdot 10 = 10^4 = 10\,000$.

Дерево на иллюстрации показывает то же: $2$ ветви на первом шаге, по $3$ на втором — $2 \cdot 3 = 6$ путей. Перемножение, а не сложение, — потому что каждый вариант первого шага сочетается с каждым вариантом второго.

Раздел 3 · Сколько способов

Посчитайте варианты

Четыре задачи на счёт. Решайте правилом умножения, перестановками или сочетаниями — смотря важен ли порядок.

Интерактив · 4 задачи

Сколько способов?

Сначала спросите себя: важен ли порядок и делается ли выбор шагами.

Решено верно: 0 / 4

1Сколько различных ПИН-кодов из $4$ цифр (каждая $0$–$9$)?

2Сколькими способами выбрать $2$ предмета из $5$, если порядок не важен?

3Сколькими способами $5$ человек могут встать в очередь (порядок важен)?

4Лотерея: угадать $6$ чисел из $45$ (порядок не важен). Сколько комбинаций?

Раздел 4 · Порядок

Важен ли порядок

Главная развилка комбинаторики: считаем мы упорядоченные наборы или нет.

порядок важен

Размещения

«АБ» и «БА» — разные. Перестановки всех $n$: $n!$. Выбрать и упорядочить $k$ из $n$: $A_n^k$.

порядок не важен

Сочетания

«АБ» и «БА» — одно и то же. Выбрать $k$ из $n$ без порядка: $C_n^k$.

Размещения и сочетания $$A_n^k = \frac{n!}{(n-k)!}, \qquad C_n^k = \frac{n!}{k!\,(n-k)!}$$

Здесь $n! = 1\cdot 2 \cdots n$ (факториал). Сочетаний меньше, чем размещений, ровно в $k!$ раз — потому что порядок внутри выбранных $k$ мы больше не различаем.

Например, очередь из $5$ человек — это перестановки: $5! = 120$. А выбрать $2$ из $5$ без порядка — сочетания: $C_5^2 = \tfrac{5!}{2!\,3!} = 10$.

Раздел 5 · Вероятность

От счёта — к шансу

Посчитав число исходов, мы получаем вероятность напрямую.

Лотерея как пример

В лотерее «$6$ из $45$» все комбинации равновозможны, а благоприятная — одна (ваш билет). Число всех комбинаций: $C_{45}^6 = 8\,145\,060$. Значит, вероятность угадать — $P = \tfrac{1}{8\,145\,060}$, примерно $1$ к $8$ миллионам. Это та самая цифра из Главы $1$ (модуль про доступность): джекпот чувствуется близким, а число говорит обратное.

Так комбинаторика смыкается с модулем $2.1$: классическая вероятность — это счёт благоприятных, делённый на счёт всех.

Раздел 6 · Итог

Счёт без перечисления

Комбинаторика — это арифметика вариантов: она даёт числа, которые вероятность превращает в шансы.

Связь с курсом

  • Модуль $2.1$: классическая вероятность $P=\tfrac{m}{n}$ — это два комбинаторных счёта.
  • Глава $1$: «$1$ к $8$ миллионам» — почему доступность обманывает насчёт лотереи.
  • Глава $3$ «Байес»: счёт исходов помогает оценивать условные вероятности.

Главное. Правило умножения перемножает варианты шагов: $N = n_1 \cdot n_2 \cdots n_k$. Если порядок важен — это размещения ($n!$, $A_n^k$); если нет — сочетания $C_n^k = \tfrac{n!}{k!\,(n-k)!}$. Посчитав все и благоприятные исходы, делим — получаем вероятность. Дальше — синтез главы: считать ставку целиком (Модуль $2.6$).

Что забрать из модуля 2.5

$I$Зачем: вероятность требует посчитать число исходов — перечислять вручную нереально.
$II$Правило умножения: варианты на шагах перемножаются ($N=n_1\cdot n_2 \cdots n_k$); ПИН $= 10^4$.
$III$Порядок важен → размещения ($n!$, $A_n^k$); не важен → сочетания $C_n^k$.
$IV$$C_n^k = \tfrac{n!}{k!\,(n-k)!}$; сочетаний в $k!$ раз меньше размещений.
$V$Счёт → шанс: лотерея $C_{45}^6 = 8\,145\,060$, значит $P \approx 1$ к $8$ млн.
Проверь себя0 / 5

Пять вопросов по ключевым идеям модуля. Выберите ответ — сразу увидите верный вариант и пояснение. Прогресс сохраняется.

Источники
  1. Виленкин Н. Я. (1969). Комбинаторика. Наука. поиск источника
  2. Graham R., Knuth D., Patashnik O. (1994). Concrete Mathematics (2nd ed.). Addison-Wesley. поиск источника
  3. Blitzstein J., Hwang J. (2019). Introduction to Probability (глава Counting). CRC Press. поиск источника

Образовательный материал. Все числа ($10^4$, $5!$, $C_5^2$, $C_{45}^6$) проверены расчётом. Ссылки ведут на поиск источника.

↑ Наверх