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Mathematik-Online-Kurs: Mathematische Grundlagen - Kombinatorik

Kombinatorik von Mengen

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Die folgende Tabelle gibt die Anzahl der Möglichkeiten an, aus einer Menge mit $ n$ verschiedenen Elementen $ k$ Elemente auszuwählen, wobei unterschieden werden muß, ob die Reihenfolge eine Rolle spielt (sortiert) und Wiederholungen zugelassen sind.

  sortiert nicht sortiert
mit Wiederholungen $ n^k$ $ \displaystyle \binom{n+k-1}{k}$
ohne Wiederholungen $ n(n-1)\cdots(n-k+1)$ $ \displaystyle \binom{n}{k}$

i)
unsortierte Auswahl ohne Wiederholungen

Berücksichtigt man die Reihenfolge, so gibt es $ n$ Möglichkeiten für das erste, $ (n-1)$ Möglichkeiten für das zweite, bis hin zu $ (n-k+1)$ Möglichkeiten für das $ k$-te Element, also insgesamt

$\displaystyle n(n-1)\cdots(n-k+1) $

Möglichkeiten. Diese Anzahl muß noch durch die Anzahl

$\displaystyle k! $

der Permutationen von $ k$ Elementen dividiert werden.

ii)
unsortierte Auswahl mit Wiederholungen

Ein äquivalentes Problem ist, $ n-1$ Markierungen zwischen $ n+k$ Punkten zu plazieren.

$ \bullet$ | $ \bullet$ | $ \bullet$ | $ \bullet$ | $ \bullet$ | $ \bullet$ | $ \bullet$ | $ \bullet$
          $ \vartriangle$   $ \vartriangle$       $ \vartriangle$   $ \vartriangle$  
Die um $ 1$ verminderte Anzahl der Punkte zwischen der $ (i-1)$-ten und $ i$-ten Markierung entspricht den Wiederholungen des $ i$-ten Elements. Nach i) ergibt sich für die Anzahl der möglichen Markierungen

$\displaystyle \binom{n+k-1}{n-1}\, , $

was mit der in der Tabelle angegebenen Zahl übereinstimmt.

iii)
Die Formeln für die sortierte Auswahl ergeben sich unmittelbar.
(Autoren: Höllig/Knesch)
In einer Urne befinden sich eine rote, eine grüne und eine blaue Kugel. In der Tabelle sieht man die Anzahl der Möglichkeiten bei zweimaligem Ziehen ($ n=3$, $ k=2$).

  sortiert nicht sortiert
mit Wiederholungen
(mit Zurücklegen)
$ n^k$ $ \displaystyle \binom{n+k-1}{k}$
  \includegraphics[width=.21\linewidth]{moeglichkeit1} \includegraphics[width=.21\linewidth]{moeglichkeit3}
  $ 3^2=9$ $ \displaystyle \binom{3+2-1}{2}=6$
ohne Wiederholungen
(ohne Zurücklegen)
$ n(n-1)\cdots(n-k+1)$ $ \displaystyle \binom{n}{k}$
  \includegraphics[width=.21\linewidth]{moeglichkeit2} \includegraphics[width=.135\linewidth]{moeglichkeit4}
  $ 3\cdot 2 = 6$ $ \displaystyle \binom{3}{2}=3$
(Autoren: Höllig/Knesch)

Ein deutsches Autokennzeichen besteht aus einer Kombination von $ \le 3$ Buchstaben für den Landkreis oder die Stadt, $ \le 2$ weiteren Buchstaben und bis zu einer vierstelligen Zahl, z.B.:

\includegraphics[width=8cm]{Kennzeichen}

Es gibt $ 26^n$ Kombinationen aus $ n$ Buchstaben und somit

$\displaystyle (26 + 26^2 + 26^3)\cdot(26+26^2)\cdot 9999 = 1.28 \cdot 10^{11} $

mögliche Kennzeichen (wenn man von einer Assoziation mit dem Namen des Landkreises absieht).

(Autoren: Höllig/Knesch)
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  automatisch erstellt am 5.5.2011