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数学A

組合せくみあわせ (nCr・重複じゅうふくくみけ)

最終確認日:

このしょうまなぶこと

だい 1 しょうまなんだ順列じゅんれつは 「順番じゅんばん区別くべつ」 するならかたでした。 このしょうでは 順番じゅんばん区別くべつしない」 かた = 組合せくみあわせまなびます。

  • 順列じゅんれつ組合せくみあわせちがいを区別くべつする
  • nCr=n!r!(nr)!{}_n C_r = \dfrac{n!}{r! (n-r)!}こうしきみちび
  • 組合せくみあわせせいしつ (nCr=nCnr{}_n C_r = {}_n C_{n-r} ほか) を使つかいこなす
  • 重複組合せちょうふくくみあわせ nHr{}_n H_r仕切しきほうかいする
  • 組分けくみわけ 問題もんだい組合せくみあわせ

ポイント:順番じゅんばん区別くべつするか」 をぶんしょうかられるかがかぎれい: 「いんちょうふく委員いいんちょうえらぶ」 → 順列じゅんれつ、 「委員いいんを 2 ひとえらぶ」 → 組合せくみあわせ

1. 組合せくみあわせ公式こうしき

定義ていぎ

なること nn個のものから順序じゅんじょ区別くべつせずに rrかたを、 nn個から rr組合せくみあわせび、 nCr{}_n C_rきます。

nCr=nPrr!=n!r!(nr)!{}_n C_r = \frac{{}_n P_r}{r!} = \frac{n!}{r! \, (n-r)!}

公式こうしき導出どうしゅつ

nn個から rrならべるならかたnPr=n!(nr)!{}_n P_r = \dfrac{n!}{(n-r)!}とおりです。 このうち、 おなrr個のくみならべたものが r!r!とおりずつじゅうふくしているので、 r!r!われれば組合せくみあわせかずになります。

計算けいさんれい

  • 5C2=5×42×1=10{}_5 C_2 = \dfrac{5 \times 4}{2 \times 1} = 10
  • 7C3=7×6×53×2×1=35{}_7 C_3 = \dfrac{7 \times 6 \times 5}{3 \times 2 \times 1} = 35
  • 10C4=10×9×8×74×3×2×1=210{}_{10} C_4 = \dfrac{10 \times 9 \times 8 \times 7}{4 \times 3 \times 2 \times 1} = 210

計算けいさんのコツ: 分子ぶんし分母ぶんぼともに rr個ずつの因数いんすういて、 約分やくぶんしながら計算けいさんするとはやい。

2. 組合せくみあわせ性質せいしつ

対称たいしょうせい

nCr=nCnr{}_n C_r = {}_n C_{n-r}

rrる」 ことは 「(nrn-r) のこす」 ことにひとしいからです。 れい: 10C8=10C2=45{}_{10} C_8 = {}_{10} C_2 = 45。 このせいしつ使つかうと計算けいさんらくになります。

はじあたい

nC0=1{}_n C_0 = 1 (なにらない 1 とおり)、 nCn=1{}_n C_n = 1 (全部ぜんぶる 1 とおり)、 nC1=n{}_n C_1 = n (1 nnとおり)。

パスカルの三角形さんかくけい

nCr=n1Cr1+n1Cr{}_n C_r = {}_{n-1} C_{r-1} + {}_{n-1} C_r

というぜんしきち、 これをならべたものが パスカルの三角形パスカルのさんかっけい です。

だんあたい
01
11 1
21 2 1
31 3 3 1
41 4 6 4 1
51 5 10 10 5 1

かくかずは 「左上ひだりうえ + 右上みぎうえ」 のになっています。

3. 例題れいだい練習れんしゅう

例題れいだい 1: 委員いいんえら

10 ひとなかからいんを 3 ひとえらえらかた10C3=120{}_{10} C_3 = 120とおり。

例題れいだい 2: 男女だんじょかた

男子だんし 6 ひと女子じょし 4 ひとから男子だんし 2 ひと女子じょし 2 ひとえらえらかた6C2×4C2=15×6=90{}_6 C_2 \times {}_4 C_2 = 15 \times 6 = 90とおり (せきほうそく)。

例題れいだい 3: ふくむ・ふくまない

10 ひとから 4 ひとえらぶとき、 特定とくていの 1 ひと A を かならふく えらかたは ? A をさきえらんだのちのこり 9 ひとから 3 ひとえらべばよいので 9C3=84{}_9 C_3 = 84とおり。

A を ふくまない えらかた9C4=126{}_9 C_4 = 126とおり。 合計ごうけい84+126=210=10C484 + 126 = 210 = {}_{10} C_4 となりかくにんできます。

4. 重複じゅうふく組合せくみあわせ

定義ていぎ

なること nnしゅるいのものから じゅうふくゆるして rrかた総数そうすう重複組合せちょうふくくみあわせび、

nHr=n+r1Cr{}_n H_r = {}_{n+r-1} C_r

あらわします。

仕切しきほうでのイメージ

n=3n = 3r=5r = 5 のとき、 「○ ○ ○ ○ ○」 の 5 の ○ と 「| |」 の仕切しきり 2 ほん (= n1n - 1本) をならべます。 仕切しきりで区くぎられた部分ぶぶんがそれぞれ種類しゅるい 1・2・3 の個数こすうあらわします。

ならかた(5+2)!5!2!=7C2=21\dfrac{(5+2)!}{5! \, 2!} = {}_7 C_2 = 21とおり。 これが 3H5=3+51C5=7C5=21{}_3 H_5 = {}_{3+5-1} C_5 = {}_7 C_5 = 21いっします。

例題れいだい 4: お菓子かしえらかた

3 種類しゅるいのお菓子かしからじゅうふくゆるして 5 えらえらかた3H5=21{}_3 H_5 = 21とおり。

5. くみ問題もんだい

区別くべつするくみへの分配ぶんぱい

「9 ひとを A くみ 4 ひと・B くみ 3 ひと・C くみ 2 ひとける」 かた

9C4×5C3×2C2=126×10×1=1260 通 り{}_9 C_4 \times {}_5 C_3 \times {}_2 C_2 = 126 \times 10 \times 1 = 1260 \text{ 通 り}

順番じゅんばんっていけばもとまります。

区別くべつしないくみへの分配ぶんぱい

「9 ひとを 3 ひとずつ 3 くみける」 ときは、 くみ区別くべつしないのでうえもとめた結果けっか3!3!ります9C3×6C3×3C33!=84×20×16=280\dfrac{{}_9 C_3 \times {}_6 C_3 \times {}_3 C_3}{3!} = \dfrac{84 \times 20 \times 1}{6} = 280とおり。

注意ちゅうい: くみ人数にんずうすべておな ときだけ 「くみ区別くべつしない」 場合ばあいかんがえるひつようがあります。 人数にんずうちがえばどうてきくみ区別くべつされます。

6. しょうまつまとめ

どうこうしき使つか場面ばめん
組合せくみあわせnCr=n!r!(nr)!{}_n C_r = \dfrac{n!}{r!(n-r)!}順番じゅんばん区別くべつなしで
対称たいしょうせいnCr=nCnr{}_n C_r = {}_n C_{n-r}計算けいさんらく
重複じゅうふく組合せくみあわせnHr=n+r1Cr{}_n H_r = {}_{n+r-1} C_rじゅうふく OK で
くみけ (区別くべつ)nCa×naCb{}_n C_a \times {}_{n-a} C_b \cdots名前なまえぐみ
くみけ (同数どうすう)うえk!k!われどう人数にんずうkk

7. 補足ほそく: 順列じゅんれつ組合せくみあわせ使つかけチェックリスト

文章ぶんしょうだいくとき、 つぎのチェックをとおしましょう。

質問しつもんYES → 順列じゅんれつNO → 組合せくみあわせ
ならべる」 「順番じゅんばんめる」 といてあるか
「役やくわりちがう」 (いんちょうふく委員いいん長等ながら)
えらぶだけ」 「セットとしてす」
順番じゅんばん区別くべつしないおなじ役やくわり委員いいん

まよったら ちいさいれい樹形図じゅけいずいてみるかくじつ判別はんべつできます。

しょうでは: 場合の数ばあいのかず全体ぜんたいって確率かくりつもとめます。 「同様に確からしいどうようにたしからしい」 というかんがかたがポイントです。

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