Algebra och kombinatorik 10/ Föreläsning 4. Låt X vara en ändlig mängd. En permutation av X är en bijektiv funktion X X. Sats: S n =n!

Relevanta dokument
{ } { } En mängd är en samling objekt A = 0, 1. Ex: Mängder grundbegrepp 5 C. Olof M C = { 7, 1, 5} M = { Ce, Joa, Ch, Je, Id, Jon, Pe}

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, m fl, SF1610, tisdagen den 2 juni 2015, kl

SF2715 Applied Combinatorics// Extra exercises and solutions, Part 2

En bijektion mellan två mängder A och B som har ändligt antal element kan endast finnas om mängderna har samma antal element.

Kap. 8 Relationer och funktioner

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 20 december, 2001

Binomialtal. Olof Bergvall. Algebra och Kombinatorik Stockholms Universitet 1 / 13

ÄNDLIGT OCH OÄNDLIGT AVSNITT 4

Algebra och kombinatorik 28/4 och 5/ Föreläsning 9 och 10

Lösning till tentamensskrivning på kursen Diskret Matematik, moment A, för D2 och F, SF1631 och SF1630, den 10 januari 2011 kl

σ 1 = (531)(64782), τ 1 = (18)(27)(36)(45), τ 1 σ 1 = (423871)(56).

Övningshäfte 3: Funktioner och relationer

, S(6, 2). = = = =

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 22 augusti, 2001

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 14 augusti, 2002

1. (3p) Bestäm den minsta positiva resten vid division av talet med talet 31.

KOMBINATORIK. Exempel 1. Motivera att det bland 11 naturliga tal finns minst två som slutar på samma

Tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, SF1610, onsdagen den 20 augusti 2014, kl

Sådana avbildningar kallar vi bijektioner mellan A och B (eller från A till B).

Mängder, funktioner och naturliga tal

Lösningar till Algebra och kombinatorik

Matematiska uppgifter

MA2047 Algebra och diskret matematik

Föreläsning 8 i kursen Ma III, #IX1305, HT 07. (Fjärde föreläsningen av Bo Åhlander)

Uppgifter i TDDC75: Diskreta strukturer Kapitel 8 Ordning och oändlighet

Hur många registreringsskyltar finns det som inte innehåller samma tecken mer än en

Funktioner och kombinatoriska tillämpningar. Mars

Lösningsförslag till övningsuppgifter, del II

Grundidén är att våra intuitiva rationella tal (bråk) alltid kan fås som lösningar till ekvationer av typen α ξ = β, där α och β är tal Z och α 0.

Mängder och kardinalitet

Om relationer och algebraiska

Starta med att läsa avsnitt 2.1 i [J] från sidan 56 (64) [76] till och med exempel (2.1.3) [2.1.5] på sidan 57 (65) [79].

Definitionsmängd, urbild, domän

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik I

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik I

Explorativ övning 9 RELATIONER OCH FUNKTIONER

Lösning av tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, SF1610, tisdagen den 27 maj 2014, kl

Relationer och funktioner

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, SF1610 och 5B1118, tisdagen den 7 januari 2014, kl

MATEMATISKA INSTITUTIONEN STOCKHOLMS UNIVERSITET Avd. Matematik Examinator: Daniel Bergh. Lösningsförslag Algebra och kombinatorik

Diofantiska ekvationer

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

K2 Något om modeller, kompakthetssatsen

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik, SF1610 och 5B1118, torsdagen den 21 oktober 2010, kl

KOMBINATORIK OCH BINOMIALSATSEN

forts. Kapitel A: Komplexa tal

Matematik för språkteknologer

Diskret matematik: Övningstentamen 4

SF2715 Tillämpad kombinatorik Kompletterande material och övningsuppgifter Del IV

Kombinatorik. Sten Kaijser

Något om kombinatorik

Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik

Föreläsning 5: Kardinalitet. Funktioners tillväxt

2MA105 Algebraiska strukturer I. Per-Anders Svensson

TAMS79: Föreläsning 10 Markovkedjor

Kombinatorik Förenkla C(n+1,2)-C(n,2) och C(n+1,3)-C(n,3)

Föreläsning 1: Tal, mängder och slutledningar

TATM79: Föreläsning 6 Logaritmer och exponentialfunktioner

Kompletteringsmaterial. K2 Något om modeller, kompakthetssatsen

f(x) = x 1 g(x) = x 2 2x + 3.

TDDC74 Programmering: Abstraktion och modellering Dugga 2, Tid: kl 08-10, Datum:

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Appendix, del II

En bijektion mellan två mängder A och B som har ändligt antal element kan finnas endast om mängderna har samma antal element.

f(x) = x 1 g(x) = x 2 2x + 3.

Kombinatorik. Författarna och Bokförlaget Borken, Kombinatorik - 1

Grupper och RSA-kryptering

Relationer. 1. Relationer. UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Erik Melin. Specialkursen HT07 23 oktober 2007


SAMMAFATTNINGAR AV VISSA FÖRELÄSNINGAR

Explorativ övning 4 ÄNDLIGT OCH OÄNDLIGT. Övning A

Kombinatorik och sannolikhetslära

Peanos axiomsystem för de naturliga talen

Om ordinaltal och kardinaltal

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

Kapitel 2. Grundläggande sannolikhetslära

Institutionen för matematik, KTH Mats Boij. Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 20 december, 2000

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Lösningar till Algebra och kombinatorik

Block 2 Algebra och Diskret Matematik A. Följder, strängar och tal. Referenser. Inledning. 1. Följder

Diverse beteckningar och formler som dyker upp i induktionsavsnittet, men även litet överallt annars:

Lösning till tentamensskrivning på kursen Diskret Matematik, moment B, för D2 och F, SF1631 och SF1630, den 1 juni 2011 kl

Föreläsningsanteckningar och övningar till logik mängdlära

Catalantal för gymnasieelever

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE, CL2 och Media 1, SF1610 och 5B1118, onsdagen den 17 augusti 2011, kl

Vectorer, spannet av vektorer, lösningsmängd av ett ekvationssystem.

1. (3p) Ett RSA-krypto har de offentliga nycklarna n = 33 och e = 7. Dekryptera meddelandet 5. a b c d e. a a b c d e

Lösningar till udda övningsuppgifter

Algebra och kryptografi

Matematiska uppgifter

Matematiska Institutionen KTH. Lösningar till några övningar inför lappskrivning nummer 7, Diskret matematik för D2 och F, vt08.

18 juni 2007, 240 minuter Inga hjälpmedel, förutom skrivmateriel. Betygsgränser: 15p. för Godkänd, 24p. för Väl Godkänd (av maximalt 36p.

Kombinatorik. Kapitel 2. Allmänt kan sägas att inom kombinatoriken sysslar man huvudsakligen med beräkningar av

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Induktion och rekursion

Banach-Tarskis paradox

1 Föreläsning II, Vecka I, 21/1-25/11, 2019, avsnitt

Kappa 2014, lösningsförslag på problem 5

MATEMATISK FORMELSAMLING

Transkript:

Permutationer Låt X vara en ändlig mängd. En permutation av X är en bijektiv funktion X X. Mängden permutationer av N n för n N är S n (S 0 är mängden av permutationer av ) Sats: S n =n! Ex S 3 =3! Låt f N 3 N 3 vara en godtycklig bijektiv funktion f(1) kan väljas på tre sätt, f(2) kan väljas på två sätt och f(3) kan väljas på ett sätt. Två permutationer α och β i S 5 α och β kan också skrivas i tabellform α 2 1 3 4 5 α(1) = 2, α(2) = 1, α(3) = 3, α(4) = 4 och α(5) = 1 β(1) = 5, β(2) = 4, β(3) = 3, β(4) = 2 och β(5) = 1 β 5 4 3 2 1 Vi kan definiera sammansättningen av permutationer (β α): i β(α(i)) och αβ (α β) : α(β(i)) β α betyder α först och βsedan. Vi beräknar sammansättningen βα A l f a 2 1 3 4 5 B e t a 4 5 3 2 1 Det ger βα På samma sätt beräknar vi αβ 4 5 3 2 1 5 4 3 1 2 I allmänhet gäller som här att βα αβ 1

Föreläsning 4 Spelkortsexempel Se forum (Olyckligt ex med spelkort förra gången utrett på forumet) Def: En permutation av ändlig mängd X är en bijektiv funktion X X Speciellt kallar vi mängden av permutationer av N n för S n Sats: Mängden S n har följande egenskaper i) Om α, β S n så gäller att βα (β α) S n ii) Om α, β och γ S n så gäller att γ(βα) = γβ (α) (associativ) iii) Det finns ett speciellt element id S n sådant att α id = id α = α för α S n iv) För varje α S n finns ett unikt element α -1 sådant att α -1 α= α α -1 =id Exempel: Här följer de två permutationerna α och β i tabellnotation Alfa Alfa(-1) 1 2 1 2 3 2 3 1 3 α 2 1 3 4 5 β 5 4 3 2 1 Cyklisk notation α och β ovan skrivs i cyklisk notation α=(1 2)(3)(4)(5) och β=(1 5)(2 4)(3) βα Βα=(1 4 2 5)(3) Förkortat kan man låta bli att skriva ut cykler av längd 1. 4 5 3 2 1 2

Binomialtal Ex: På hur många sätt kan man välja ett tremannalag från 5 personer? Svar: Först kan vi välja vilken som helst av de fem, näste väljer vi en av de fyra som är kvar och slutligen en av tre. Totala antalet kombinationer blir 5x4x3, eftersom ordningen är oviktig för resultatet (det spelar ingen roll om en spelare är vald först eller vid tredje valet) dividerar vi med de antal kombinationer som ger samma resultat d.v.s. 3x2x1 5x4x3 3x2x1 = 10 ätt = (5 3 ) Def: Låt n,r vara icke-negativa heltal. Då definieras ( n r ) = {B N n B = r} Antalet delmängder till N n av storlek r. Talen ( n ) kallas binomialkoefficienter r Viktiga egenskaper Rekursiv formel ( n r ) = (n 1 r )+(n 1 r 1 ) ( i boken theorem 11.1.1 se bevis samma sida) Binomialkoefficienterna ( n ) heter på svenska n över r och på engelska n choose r r Pascals triangel Sluten formel: ( n r ) = n! (n r)!r! n Binomialsatsen: (a + b) n = ( n k )ak b n k k=0 Ex: ( n k ) k=0 = 2 n Tillämpa binomialsatsen på : (1 + 1) n = (2) n 3

Fruktkorgsexempel Vi vill kombinera frukterna äpplen, bananer och apelsiner i en korg med sju frukter. Vi har oändligt antal att plocka av och vill nu räkna ut på hur många sätt vi kan göra det. Lösning: Frukterna får utgöra tre grupper med två skiljeväggar i mellan på följande sätt xx x xxxx Det ger oss ett problem att lösa som består av 9 positioner varav 7 är frukter och 2 avskiljare Detta ger oss ( 7+2 7 ) = (3+7 1 7 )*sätt? 3-1 avskiljare och 3 fruktsorter, 7 frukter. Urnmodeller En urna innehåller n kulor numrerade från 1 till n. På hur många sätt kan man välja r kulor? 1. Ordnad 2. Oordnad (dvs 113=131=311) A Utan återläggning n! (n r)! ( n r ) = n! (n r)!r! B Med återläggning A1. Antalet injektiva funktioner N r N n B1. Antalet funktioner N r N n n r ( n+r 1 r )* A2. Antalet r-delmängder till N n B2. Fruktkorgar (r frukter och n funktioner) Köexempel En kö A har 3 personer och en kö B har 4 personer. Sedan stänger kassa A och B och kön ska bildas om vid kassa C. På hur många sätt kan köerna bli en ny kö med inbördes ordning bevarad? A B B A B B A a 1 b 1 b 2 a 2 b 3 b 4 A 3 Samma som antalet strängar med 7 symboler från {A, B} ( 7 3 ) = (7 4 ) = 28 4

Partitioner Def: En partition P av en mängd X är en mängd P={X 1,, X r }av icke tomma delmängder till X sådana att varje element x X ligger i precis en delmängd X i P. En delmängd X i P kallas del av partitionen. Ex Partitionen av N 12 i 3 delar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ringa i 1,2,3 och 5 i en del, 4 och 9 i en och 6,7,8,10,11 och 12 i en. De inringade talen utgör delar av den gemensamma partitionen. Exempelvis 1 och 3 är då ekvivalenta (skrivs 1R3) och 4 och 8 är inte det. Ex. Sats: Låt R vara en ekvivalensrelation på X. Då utgör mängden av ekvivalensklasser för R en partition av X Det finns ett ett-till-ett-förhållande (en bijektion) mellan mängden av partitioner av X och mängden av ekvivalensrelationer på X Stirlingtalet Def: Antalet partitioner av n-mängder i r-delar betecknas S(n,r) och kallas Stirlingtalet (av andra typen) Sats S(n,1)=S(n,n)=1 Om vi väljer alla var för sig (ringa in alla talen i N 12 ovan) kan vi bara göra det på ett sätt. Samma gäller om vi väljer alla tillsammans (sätta en ring runt alla) Sats S(n,r)=S(n-1,r-1)+rS(n-1,r) Obs! Beviset bra och viktigt men hinns inte med nu. Läs det i boken s. 127 Stirlingtalen kan beskrivas i en tabell som liknar Pascals triangel 5

n r=1 1 r=2 1 1 r=3 n=3 1 3 1 r=4 n=4 1 7 6 1 r=5 n=5 1 15 25 10 1 Tabellen ska läsas så att r- värdena ger en sned axel och n en rak. Båda uppifrån och ner. Ex. S(3,2)=S(2,1)+2S(2,2)=3 (fetstilt i tabellen) Ex. Använd triangeln för att svara på frågan: Hur många ekvivalensrelationer finns det på N 5? 5 Svar: r=1 S(5, r) = 1+15+25+10+1=52 Där slutade Daniels föreläsning och Olof fortsatte efter pausen Principen om inklusion och exklusion (Sållprincipen) Ex. I en klass finns personer med röd eller blå tröjor. 12 har röda och 13 blå. Hur stor är klassen? Svar: Antalet röda +antalet blå=12+13=25 Princip: Om X=A 1 A 2 och A 1 A 2= då gäller X = A 1 + A 2 Ex. I en klass finns personer med röd tröja (17),blå (20) samt blåröd (12) eller blå tröjor. Hur stor är klassen? Svar: Antalet röda +antalet blå-antalet blåröda=17+20-12=25 A B = A + B A B A B C = A + B + C A B A C C B + A B C 6

Sats Principen om inklusion och exklusion PIE n n i=1 i I = Låt A 1,, A n vara ändliga mängder. Då gäller A i = 1( 1) I 1 A i A 1 + + A n A 1 A 2 A 1 A 3 A n 1 A n + + ( 1) n 1 A 1 A n Se bevis I boken och fråga om något är oklart. Man brukar använda PIE tillsammans med observationen A X A X = X A Exklusionordsexempel Hur många ord (boksstavskombinationer) med 9 bokstäver kan man bilda av ordet exklusion som inte innehåller bokstavskombinationerna LEK, KEX eller SKE. Läsning: Börja med att räkna totala antalet ord X. X =9! Låt S LEK S KEX och S SKE vara mängder av ord som innehåller LEK, KEX och SKE. Vi får då alfabet av LEK,X,U,S,I,O,N S LEK =7! På samma sätt får vi S KEX =7! och S SKE =7! S LEK S KEX = 0 Eftersom E står före K i LEK men efter i KEX S KEX S SKE = 6! Alfabet SKEX,L,U,I,O,N S LEK S KEX S SKE = 0 PIE: X S LEK S KEX S SKE = X S LEK S KEX S SKE + S LEK S KEX + S LEK S SKE + S KEX S SKE S LEK S KEX S SKE =9!-7!-7!-7!+0+0+6!-0=9!-3. 7!+6! Surjektionsexempel Beräkna antalet surjektioner från A = {1, n} till B={1, k} Lösning: Låt F(A,B) vara mängden av funktioner A B F(A,B) = B A =k n Låt M i vara mängden av funktioner som missar i B M i = (k 1) n för f M i är en funktion A B {i} 7

M i M j = (k 2) n M i M j M r = (k 3) n s M i = (k s) n i=1 k PIE: F(A, B) i=1 M i = F(A, B) M 1 M 2 M k + M k 1 M k + ( 1) k k M 1 M k = ( 1) i ( k i ) (k i) n i=0 8