이항정리에 x=y=1과 x=−1,y=1을 넣으면 됩니다. 첫째 식은 원소 n개인 집합의 부분집합을 크기별로 센 것이므로 4강의 정리 4.8과 같습니다.
7.5 중복을 허용할 때
순서 있음
순서 없음
중복 없음
P(n,r)=(n−r)!n!
(rn)
중복 있음
nr
(rn+r−1)
정리 7.14 (별과 막대).n종류에서 중복을 허용해 r개를 고르는(순서 없이) 방법은 (rn+r−1)가지입니다. 같은 말로, x1+⋯+xn=r의 음이 아닌 정수해는 (n−1n+r−1)개입니다.
증명.r개의 별(★)과 n−1개의 막대(|)를 한 줄로 늘어놓으면, 막대가 별을 n개 칸으로 나눕니다. i번째 칸의 별 수를 xi로 읽으면 해와 배열이 일대일로 대응합니다. 배열은 n+r−1개 자리 중 막대 n−1개의 자리를 고르는 것이므로 (n−1n+r−1)가지입니다. □
예제 7.15. 세 종류의 사탕에서 10개를 고르는 방법은 (212)=66가지입니다.
정리 7.16 (같은 것이 있는 순열).n개 가운데 같은 것이 n1,n2,…,nk개씩 있으면, 늘어놓는 방법은 n1!n2!⋯nk!n!가지입니다.
예제 7.17. MISSISSIPPI의 글자를 늘어놓는 방법: M 1, I 4, S 4, P 2이므로 1!4!4!2!11!=34650가지입니다.
쓰이는 곳. 확률 계산의 분모·분자, 알고리즘의 경우의 수 어림, 조합 최적화, 이항분포가 이 강의 셈 위에 있습니다. 머신러닝에서 '가능한 모델의 수'를 세어 일반화 상한을 구하는 것도 같은 생각입니다.
7.6 이 장의 요약
먼저 정합니다: 순서가 중요한가? 다시 고를 수 있는가?
P(n,r)=(rn)r!. 여러 번 셌으면 나눕니다.
파스칼 항등식, 이항정리, 별과 막대.
문제
7.1 [계산] · 확인 문제
값을 씁니다.
식
값
P(8,3)
[?]
(38)
[?]
(510)
[?]
(212)
[?]
정답
336
56
252
66
풀이
8⋅7⋅6=336, 336/3!=56, (510)=252, (212)=66.
7.2 [계산] · 확인 문제
남자 6명, 여자 4명에서 남자 3명과 여자 2명으로 위원회를 만드는 방법은?
정답
120
풀이
곱의 법칙으로 (36)(24)=20⋅6=120입니다.
7.3 [계산] · 확인 문제
(x+y)10의 전개에서 x3y7의 계수는?
정답
120
풀이
이항정리로 (310)=120입니다.
7.4 [계산] · 확인 문제
x1+x2+x3+x4=10의 음이 아닌 정수해는 몇 개일까요?
힌트 1
별 10개와 막대 3개를 늘어놓습니다.
정답
286
풀이
(313)=286개입니다.
7.5 [계산]
BANANA의 글자를 늘어놓는 방법은 몇 가지일까요?
정답
60
풀이
B 1, A 3, N 2이므로 1!3!2!6!=60가지입니다.
7.6 [계산]
1부터 9까지의 숫자에서 서로 다른 숫자 3개를 골라 만든 세 자리 수 가운데, 숫자가 왼쪽에서 오른쪽으로 커지는 것(예: 147)은 몇 개일까요?
힌트 1
숫자 3개를 고르면 커지는 순서로 늘어놓는 방법은 하나뿐입니다.
정답
84
풀이
고른 3개의 숫자마다 커지는 배열이 정확히 하나이므로 (39)=84개입니다.
7.7 [증명]
(kn)k=n(k−1n−1)을 “위원회와 위원장”을 두 가지로 세어 증명합니다.
풀이
n명에서 k명 위원회를 만들고 그중 위원장 1명을 정하는 방법을 셉니다. 위원회를 먼저 고르면 (kn), 위원장은 그 k명 중 하나이므로 (kn)k입니다. 위원장을 먼저 n명 중 하나로 고르고 나머지 n−1명에서 위원 k−1명을 고르면 n(k−1n−1)입니다. 같은 것을 셌으므로 두 값은 같습니다.