Rozpoznać model

🎯 Po co Ci to?

Wzory z tego działu mieszczą się na karteczce. Mimo to zadania kombinatoryczne uchodzą za trudne, bo trudność nie jest rachunkowa, lecz diagnostyczna: które narzędzie wyjąć? Ta jednostka to trening rozpoznawania: algorytm dwóch pytań, tabela-ściąga i seria zadań, które celowo brzmią podobnie, a liczą się różnie. To też generalna próba przed Działem 18: prawdopodobieństwo będzie ułamkiem dwóch takich rachunków.

✅ Czego się nauczysz

  • diagnozować model dwoma pytaniami (kolejność? powtórzenia?);
  • rozkładać zadania złożone na etapy i scenariusze;
  • używać chwytu dopełnienia („co najmniej" przez „ani razu").

📘 Wyjaśnienie

Algorytm dwóch pytań (plus zerowe: ilu wybieram? wszystkich czy część?):

Kolejność gra rolę? Powtórzenia możliwe? Model Wzór
TAK (wszyscy w kolejce) (bez znaczenia) permutacja $n!$
TAK NIE wariacja $\frac{n!}{(n-k)!}$
TAK TAK wariacja z powt. $n^k$
NIE NIE kombinacja $\binom{n}{k}$

Pytanie o kolejność rozstrzygaj testem zamiany z §17.3 („zamiana dwóch wybranych: inny wynik?"), a o powtórzenia: pytaniem „czy pula się zużywa?". Sygnały językowe: ustaw, kolejność, funkcje, podium, kod → kolejność TAK; wybierz, komisja, drużyna, zestaw, skreśl → kolejność NIE.

Zadania złożone tnij na kawałki spajane regułami z §17.1: etapy mnożysz, scenariusze dodajesz, a każdy kawałek diagnozujesz osobno. Przykład: „spośród $6$ kobiet i $5$ mężczyzn wybierz czteroosobowy zespół z co najmniej trzema kobietami". Scenariusze rozłączne: dokładnie $3$ kobiety ($\binom{6}{3}\binom{5}{1} = 100$) albo dokładnie $4$ ($\binom{6}{4} = 15$): razem $115$.

Chwyt dopełnienia. „Co najmniej jeden…" bywa koszmarem wprost (wiele scenariuszy), a spacerkiem od tyłu: policz wszystkie możliwości minus te bez ani jednego. Ile pięcioliterowych ciągów z $24$ liter ma co najmniej jedną literę A? Wszystkich: $24^5$; bez A: $23^5$; odpowiedź: $24^5 - 23^5 = 1,526,281$. (To zaprzeczenie kwantyfikatora z §1.3: „co najmniej jeden" i „ani jeden" dzielą świat na dwie połowy bez szpar.)

💭 Pomyśl: Zdiagnozuj (bez liczenia!) trzy zadania: (a) ile sposobów rozsadzenia $5$ gości przy $5$ krzesłach; (b) ile tablic „3 litery z 24, potem 4 cyfry"; (c) ile sposobów wyboru $11$ piłkarzy z kadry $23$?

Sprawdź odpowiedź

(a) wszyscy + kolejność → permutacja $5!$; (b) etapy z powtórzeniami → $24^3 \cdot 10^4$; (c) sam skład → kombinacja $\binom{23}{11}$. (Diagnoza w trzy oddechy: rachunek to formalność.)

⚠️ Uwaga, pułapka

Największy sabotażysta: liczenie tej samej możliwości wielokrotnie. Klasyk: „wybierz $2$ osoby z $10$, najpierw jedną, potem drugą"; jeśli para ma być bez ról, $10 \cdot 9$ liczy każdą parę dwukrotnie (dziel przez $2!$, §17.4). Antidotum uniwersalne: wypisz trzy konkretne możliwości i sprawdź, czy Twój wzór nie liczy którejś z nich podwójnie: trzy przykłady wykrywają większość błędnych modeli szybciej niż godzina wpatrywania się we wzory (§1.5: kontrprzykład pracuje i tu).

📌 Najważniejsze w pigułce

  • Dwa pytania: kolejność? (test zamiany) powtórzenia? (pula się zużywa?) → tabela wskazuje wzór.
  • Złożone: etapy × , scenariusze + , każdy kawałek diagnozuj osobno.
  • „Co najmniej" → dopełnienie: wszystkie minus „ani razu".
  • Autotest trzech przykładów łapie podwójne liczenie.

🎒 Zadania

  1. Zdiagnozuj i policz: na ile sposobów można obsadzić $4$ różne role w przedstawieniu spośród $9$ chętnych?
  2. Rzucasz $10$ razy monetą i zapisujesz wyniki. Ile możliwych sekwencji? Ile z nich ma co najmniej jednego orła?
  3. Z talii $52$ kart ciągniesz $5$. Na ile sposobów można otrzymać dokładnie $2$ asy?
  4. Ile jest czterocyfrowych kodów PIN, w których żadne dwie sąsiednie cyfry nie są równe?
Rozwiązanie krok po kroku

1. Różne role → kolejność TAK, ludzie bez powtórzeń: $V_9^4 = 9 \cdot 8 \cdot 7 \cdot 6 = 3024$.

2. $2^{10} = 1024$. Co najmniej jeden orzeł = wszystkie minus same reszki: $1024 - 1 = 1023$.

3. Etapy-kombinacje: $2$ asy z $4$ i $3$ karty z pozostałych $48$: $\binom{4}{2}\binom{48}{3} = 6 \cdot 17,296 = 103,776$.

4. Pierwsza cyfra: $10$; każda następna: dowolna poza poprzednią, czyli $9$: $;10 \cdot 9^3 = 7290$.

🔍 Sprawdź, czy umiesz

  • zdiagnozować model w trzech oddechach i uzasadnić wybór (nie „bo pasował wzór");
  • zastosować dopełnienie do „co najmniej" i autotest trzech przykładów.

Ucz się tej jednostki z asystentem