Análisis Combinatorio

1. Análisis Combinatorio 5° SEC

2. Una comida gratis • Diez jóvenes decidieron celebrar la terminación de sus estudios en la escuela secundaria con un almuerzo en un restaurante. Una vez reunidos, se entabló entre ellos una discusión sobre el orden en que habían de sentarse a la mesa. • Unos propusieron que la colocación fuera por orden alfabético; otros, de acuerdo a la edad; otros, por los resultados de los exámenes; otros, por la estatura, etc. La discusión se prolongaba, la sopa se enfrió y nadie se sentaba a la mesa. • Los reconcilió el camarero, dirigiéndoles las siguientes palabras: • Jóvenes amigos, dejen de discutir. Siéntense a la mesa en cualquier orden y escúchenme.

3. Una comida gratis Todos se sentaron sin seguir un orden determinado. El camarero continuó: - Que uno cualquiera anote el orden en que están sentados ahora. Mañana vienen a comer y se sientan en otro orden. Pasado mañana vienen de nuevo a comer y se sientan en orden distinto, y así sucesivamente hasta que hayan probado todas las combinaciones posibles. Cuando llegue el día en que ustedes tengan que sentarse de nuevo en la misma forma que ahora, les prometo solemnemente, que en lo sucesivo les convidaré a comer gratis diariamente, sirviéndoles los platos más exquisitos y escogidos.

4. Una comida gratis La proposición agradó a todos y fue aceptada. Acordaron reunirse cada día en aquel restaurante y probar todos los modos distintos, posibles, de colocación alrededor de la mesa, con el objeto de disfrutar cuanto antes de las comidas gratuitas. Sin embargo, no lograron llegar hasta ese día. Y no porque el camarero no cumpliera su palabra sino porque el número total de combinaciones diferentes alrededor de la mesa es extraordinariamente grande. Éstas son exactamente 3’628,800. Es fácil calcular, que este número de días son casi 10,000 años.

5. Análisis Combinatorio • 1. ¿QUE ES EL ANÁLISIS COMBINATORIO? • I.- El símbolo de sumatoria • II.- Factorial de un número • 2. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DEL CONTEO • Principio de Adición • Principio de Multiplicación • 3. MÉTODOS DE CONTEO: • PERMUTACIÓN • PERMUTACIÓN CIRCULAR • PERMUTACIÓN CON REPETICIÓN • COMBINACIÓN

6. Código secreto Los miembros del club de matemática del CI no quieren que sus demás compañeros del colegio se enteren de las calificaciones que obtienen en las pruebas de olimpiadas matemáticas. Para tal efecto han decidido utilizar dos letras seguidas de tres números para formar códigos de identificación. Ellos van a utilizar las letras A y S y los números 1, 2 y 3. Permiten la repetición de letras, mas no de los números. ¿Cuántos miembros puede albergar el club antes que tengan que cambiar su método de construir códigos?

7. Código secreto SOLUCIÓN: Para resolver este problema vamos a recurrir a la estrategia llamada hacer una lista organizada. Esta estrategia es útil a la hora de resolver problemas donde sea necesario encontrar todas las maneras posibles de hacer algo. Hay cuatro formas de ordenar las letras A y S: AS, SA, AA y SS. Para cada uno de estos ordenamientos le asociamos todas las formas diferentes de ordenar los números 1, 2 y 3. Veamos: Se pueden formar 24 códigos diferentes de identificación. Después que se unan al club 24 miembros se agotarían los códigos y para albergar a más miembros tendría que ampliarse la construcción de códigos.

8. Análisis Combinatorio ¿De cuántas formas diferentes podrá viajar una persona desde A hasta D sin retroceder? C D A B

9. Análisis Combinatorio ¿QUE ES EL ANÁLISIS COMBINATORIO? La combinatoria o análisis combinatorio es la parte de la Matemática que estudia las diferentes maneras en que se pueden formar agrupaciones entre elementos de uno o más conjuntos y como contar ordenadamente su número. El análisis combinatorio exige el conocimiento de ciertas reglas y métodos para determinar el número o la manera de formar diferentes grupos con los elementos de un conjunto. Nos ocuparemos entonces de la correcta aplicación de tales reglas y procedimientos, como así también de la definición de algunos símbolos que nos servirán en el desarrollo de este capítulo.

10. Análisis Combinatorio I.- El símbolo de sumatoria:permite abreviar la notación de una suma cuyos términos admiten cierta ley de formación. Por ejemplo, para indicar la suma: a1+ a2 + a3 + a4 + a5 + a6 + a7 escribimos: y se lee, sumatoria de ai con i variando de 1 a 7. Si el índice i es variable desde 1 a n, la notación es: y significa la suma abreviada de los n términos: a1 + a2 + a3 + ... + an. El desarrollo de una sumatoria se obtiene asignando a i, cada uno de los sucesivos valores de su rango de variación y sumando los términos así obtenidos.

11. Análisis Combinatorio II.- Factorial de un número:el factorial de un número natural n mayor que uno (1) es igual al producto de los n primeros números naturales; el símbolo característico es "!". Así: De la definición se deduce que el factorial de un número es igual al producto de dicho número por el factorial del anterior. Ejemplo: 6! = 6.5! = 6.5.4! En general: Además se define: 0! = 1 y 1! = 1.

12. Análisis Combinatorio PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DEL CONTEO En determinados problemas, se observa que una operación (o actividad) aparece en forma repetitiva y es necesario entonces conocer la cantidad de formas o maneras que se pueda realizar dicha operación. Para tales casos es útil conocer determinadas técnicas de conteo que facilitaran el cálculo señalado y será el medio adecuado para resolver estos problemas. El análisis combinatorio es lo que puede llamarse una forma abreviada de contar. Las operaciones o actividades que se presentan serán designadas como eventos.

13. Análisis Combinatorio • PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DEL CONTEO • Ejemplos: • Señalar las prendas que utiliza una persona para vestirse. • Ordenar 7 objetos en 10 casilleros. • Escribir una palabra de 6 letras utilizando 4 consonantes y 2 vocales señaladas. • Pintar un dibujo de 2 figuras, con 5 colores posibles. • Designar 2 delegados de 30 personas. • Elegir un camino de 10 posibles.

14. Análisis Combinatorio • PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DEL CONTEO • Estas operaciones que señalamos, pueden efectuarse de una o varias maneras, para encontrar la cantidad de formas, se utilizará dos principios fundamentales de conteo: • Principio de Adición. • Principio de Multiplicación.

15. Análisis Combinatorio 1. Principio de Adición: Si una operación o actividad A, puede realizarse de m maneras diferentes y otra operación o actividad B, puede realizarse de n maneras diferentes, entonces la operación que consiste en hacer A o B (no ambas simultáneamente, sino la una o la otra) podrá ocurrir de (m + n) formas distintas. La regla se puede ampliar a más de dos tareas siempre que no haya dos de ellas que se puedan efectuar simultáneamente.

16. Análisis Combinatorio 1. Principio de Adición: Ejemplo 1: Javier puede viajar de Lima a Cuzco por vía aérea, usando 2 líneas de transporte aéreo o por vía terrestre, usando 3 líneas de ómnibus. ¿De cuántas maneras puede Javier realizar el viaje de Lima a Cuzco?

17. Análisis Combinatorio 1. Principio de Adición: Ejemplo 1: Javier puede viajar de Lima a Cuzco por vía aérea, usando 2 líneas de transporte aéreo o por vía terrestre, usando 3 líneas de ómnibus. ¿De cuántas maneras puede Javier realizar el viaje de Lima a Cuzco? • Resolución • Por el principio de adición: • Por vía aérea: 2 formas • Por vía terrestre: 3 formas. Podrá viajar de (2 + 3) = 5 formas

18. Análisis Combinatorio 1. Principio de Adición: Ejemplo 2: Manuel desea cruzar un río, para ello puede utilizar 2 botes, 3 lanchas pequeñas o un deslizador. ¿De cuántas formas podrá cruzar Manuel el río utilizando uno de los medios de transporte señalados?

19. Análisis Combinatorio 1. Principio de Adición: Ejemplo 2: Manuel desea cruzar un río, para ello puede utilizar 2 botes, 3 lanchas pequeñas o un deslizador. ¿De cuántas formas podrá cruzar Manuel el río utilizando uno de los medios de transporte señalados? • Resolución • Puede utilizar: • 2 botes (2 formas) • 3 lanchas (3 formas) • 1 deslizador (1 forma) Como al usar una, no necesita utilizar las otras, el total de formas es: 2 + 3 + 1 = 6

20. Análisis Combinatorio 2. Principio de Multiplicación: Si una operación o actividad A, puede realizarse de m maneras diferentes y cuando ha sido efectuada por cualquiera de esas maneras, se realiza otra operación o actividad B que puede efectuarse de n maneras diferentes, entonces ambas operaciones o actividades podrán efectuarse de (m x n) maneras distintas.

21. Análisis Combinatorio • 2. Principio de Multiplicación: • Ejemplo 1: • Un equipo de básquet tiene que elegir un nuevo uniforme. Para ello debe escoger entre 4 camisetas y 5 pantalones con diferentes colores. ¿Cuántos uniformes distintos se pueden componer con las camisetas y pantalones disponibles?

22. Análisis Combinatorio • 2. Principio de Multiplicación: • Ejemplo 1: • Un equipo de básquet tiene que elegir un nuevo uniforme. Para ello debe escoger entre 4 camisetas y 5 pantalones con diferentes colores. ¿Cuántos uniformes distintos se pueden componer con las camisetas y pantalones disponibles? Resolución Por el principio de multiplicación serán: 4 x 5 = 20 uniformes diferentes.

23. Análisis Combinatorio 2. Principio de Multiplicación: Ejemplo 2: ¿Cuántos números distintos de cuatro cifras se pueden formar con unos y ceros?

24. Análisis Combinatorio 2. Principio de Multiplicación: Ejemplo 2: ¿Cuántos números distintos de cuatro cifras se pueden formar con unos y ceros? Resolución Para elegir el primer número sólo tenemos una posibilidad, y es el 1, para la segunda tenemos dos posibilidades, al igual que para la tercera y la cuarta, luego el número es: 1 x 2 x 2 x 2 = 8.

25. Análisis Combinatorio MÉTODOS DE CONTEO: En diferentes casos, se tomará de algún conjunto parte de sus elementos o todos ellos, para tomar diferentes agrupaciones, que se van a distinguir por el orden en que están colocados dichos elementos o por la naturaleza de alguno de ellos. Si los elementos que forman una agrupación son diferentes entre sí, serán llamadas agrupaciones sin repetición y si algunos de ellos son iguales se dirá que son agrupaciones con repetición.

26. Análisis Combinatorio 1. PERMUTACIÓN: Se llama así a un arreglo u ordenación de todos o parte de los elementos de un conjunto considerando el orden en que se encuentran. Para n objetos diferentes, el número de permutaciones, representado como Pn, que se puede obtener con los n objetos está dado por:

27. Análisis Combinatorio 1. PERMUTACIÓN: Ejemplo 1: ¿Cuántas posibilidades de ubicación tienen cinco alumnos al sentarse en cinco sillas colocadas en línea recta? Resolución Es una permutación lineal de cinco elementos tomados de cinco en cinco. Calculamos el número de posibilidades: P5 = 5! = 5.4.3.2.1 = 120

28. Análisis Combinatorio 1. PERMUTACIÓN: Ejemplo 2: Ocho amigos planean salir de viaje en dos automóviles de modo que irán 4 en cada vehículo. ¿De cuántas formas pueden ir, si todos tienen licencia de conducir? Resolución Es una permutación lineal de ocho elementos tomados de ocho en ocho. Calculamos el número de posibilidades: P8 = 8! = 8.7.6.5.4.3.2.1 = 40 320

29. Análisis Combinatorio • EJERCICIOS • 01. De un grupo de seis amigos 2 hombres y 4 mujeres van al cine y encuentran una fila libre de seis asientos. • I. ¿De cuántas maneras diferentes podrán sentarse? • II. ¿De cuántas, si los hombres se sientan en los extremos? • III. ¿De cuántas, si las mujeres se sientan siempre juntas? • 02. Se quiere tomar una foto a un grupo de 8 alumnos pero en la foto, sólo pueden aparecer 5 alumnos sentados en línea recta. ¿De cuántas maneras se puede tomar dicha foto?

30. Análisis Combinatorio • EJERCICIOS • 03. Un club tiene 13 miembros de los cuales 6 son hombres. ¿Cuántas juntas directivas de 3 miembros (presidente, vicepresidente y vocal) pueden formarse, si el presidente debe ser una mujer y el vicepresidente tiene que ser hombre? • 04. Se lanza simultáneamente 3 dados de diferente color. ¿De cuántas maneras distintas puede obtenerse por suma un número mayor que 4?

31. Análisis Combinatorio • EJERCICIOS • 05. ¿De cuántas formas se pueden acomodar y viajar 5 personas de un grupo de 6, en un auto de 5 asientos si sólo 2 de ellas saben manejar? • 06. Con 4 banderas de diferente color se debe mandar un mensaje de un barco a otro. ¿Cuántos mensajes diferentes se pueden enviar si no es obligatorio utilizar todas las banderas?

32. Análisis Combinatorio 2. PERMUTACIÓN CIRCULAR: Es un arreglo que se puede hacer con los elementos de un conjunto alrededor de un objeto (o centro) señalado. El número de permutaciones circulares, denotado como Pc, de n elementos está dado por:

33. Análisis Combinatorio 2. PERMUTACIÓN CIRCULAR: Ejemplo 1: ¿De cuántas maneras distintas podrán sentarse 4 niños alrededor de una mesa circular? Resolución Se deberá de encontrar las diferentes ordenaciones de 4 elementos (niños) alrededor de un centro (mesa), estará dado por: PC (4) = (4 – 1)! = 3! = 6

34. Análisis Combinatorio 2. PERMUTACIÓN CIRCULAR: Ejemplo 2: Alrededor de una torta de cumpleaños, se ubican 6 vasos diferentes. ¿De cuántas formas pueden ser ubicados? Resolución Se deberá de encontrar las diferentes ordenaciones de 6 elementos (vasos) alrededor de un centro (torta), estará dado por: PC (6) = (6 – 1)! = 5! = 120

35. Análisis Combinatorio • EJERCICIOS • 08. En un campamento por Semana Santa, ¿de cuántas maneras se podrán sentar 5 amigas alrededor de una fogata? • 09. Seis personas se sientan alrededor de una mesa circular. ¿De cuántas formas podrán ubicarse, si tres de ellas deben estar siempre juntas? • 10. Alrededor de una mesa circular de seis se ubican dos niñas y tres niños. ¿De cuántas formas podrán hacerlo si el asiento vacío debe quedar entre las niñas?

36. Análisis Combinatorio 3. PERMUTACIÓN CON REPETICIÓN: Es un arreglo en el cual no todos los elementos son distintos entre sí, esto es, hay elementos que se repiten. El número de permutaciones de n objetos en el que se repiten alguno de ellos, esta denotado por: Donde k1, k2, k3, …….., kn es el número de veces que se repite cada elemento.

37. Análisis Combinatorio 3. PERMUTACIÓN CON REPETICIÓN: Ejemplo 1: Con 2 bolas rojas, 2 bolas amarillas y 3 bolas azules. ¿De cuántas maneras distintas se pueden ordenar? Resolución Se tendrá:  

38. Análisis Combinatorio 3. PERMUTACIÓN CON REPETICIÓN: Ejemplo 2: ¿De cuántas formas diferentes se pueden ordenar las letras de la palabra TAPITA? Resolución Podemos observar que la letra T se repite 2 veces, la letra A 2 veces y las letras P e I una vez cada una. Luego:  

39. Análisis Combinatorio • EJERCICIOS • 11. ¿Cuántas palabras diferentes, no necesariamente pronuncia-bleso con sentido, se pueden formar con todas las letras de la palabra TERREMOTO? • 12. Un barman va a colocar en hilera sobre la barra de un bar 8 vasos, 5 de los cuales contienen whisky, 2 contienen tequila y uno contiene vino tinto. ¿De cuántas formas los podrá ordenar? • 13. ¿De cuántas maneras diferentes pueden sentarse 5 chicas en una banca para 7, si dos de ellas quieren sentarse en los extremos?

40. Análisis Combinatorio 4. COMBINACIÓN: Es una selección o agrupamiento que se puede formar con los elementos de un conjunto (los elementos deben de ser diferentes). En general con n elementos diferentes, el número de combinacio-nesque se pueden obtener agrupando de k en k (k ≤ n), estará dado por las permutaciones de n objetos agrupados de k en k, pero dividido entre el número de permutaciones de k elementos que se pueden obtener.

41. Análisis Combinatorio 4. COMBINACIÓN: Ejemplo 1: ¿De cuántas maneras diferentes se puede escoger 3 niños de un total de 5? Resolución Al señalar que vamos a “escoger”, indica que no se necesita indicar ningún orden, lo que sí interesa es el grupo formado, luego se trata de combinar 5 elementos, tomándolos de 3 en 3.

42. Análisis Combinatorio 4. COMBINACIÓN: Ejemplo 1: De un grupo de 7 personas se quiere formar una comisión de 3 personas. ¿De cuántas maneras diferentes se puede formar dicha comisión? Resolución Se buscará el número de combinaciones de 7 elementos agrupados de 3 en 3.

43. Análisis Combinatorio • EJERCICIOS • 14. Entre Ana, Beatriz, Carlos y Diego se debe elegir una comisión formada por tres personas. ¿De cuántas formas distintas se puede elegir la comisión? • 15. ¿Cuántas maneras hay de repartir 10 libros diferentes entre tres alumnos, si al primero le damos 2, al segundo 3 y el resto al tercer alumno? • 16. Al final de un torneo de ajedrez se clasifican 5 jugadores. ¿Cuántas partidas se jugará si se juega todos contra todos.

44. Análisis Combinatorio 5° SEC