В задаче комбинаторики: даны 10 различных книг, среди которых 3 тома одного многотомника должны стоять вместе, но в любом порядке. Сформулируйте и сравните два подхода к подсчету количества перестановок: как одно "суперкнига" и как размещение внутри блока; обсудите ошибки типичных ученицких решений
Предположение: 10 различных книг, 3 определённых тома должны стоять подряд (внутри блока — в любом порядке). 1) Подход «суперкнига». Сжимаем три тома в один блок + остаётся ещё 7 отдельных книг, всего 888 объектов. Число перестановок этих 888 объектов равно 8!8!8!. Внутри блока три тома можно переставить 3!3!3! способами. Итого 8!⋅3!.
8!\cdot 3!. 8!⋅3!.
Численно: 8!=40320, 3!=6⇒8!⋅3!=241,920.8!=40320,\;3!=6\Rightarrow 8!\cdot 3!=241{,}920.8!=40320,3!=6⇒8!⋅3!=241,920. 2) Подход «размещение блока по местам». Выберем начальную позицию блока длины 3: есть 888 вариантов (позиции 1,…,81,\dots,81,…,8). Внутри блока — 3!3!3! перестановок. Оставшиеся 7 книг разместим в оставшихся 7 местах: 7!7!7!. Итого 8⋅3!⋅7!.
8\cdot 3!\cdot 7!. 8⋅3!⋅7!.
Поскольку 8⋅7!=8!8\cdot 7!=8!8⋅7!=8!, это равно предыдущему результату: 8!⋅3!8!\cdot 3!8!⋅3!. Типичные ученические ошибки: - Забыть умножить на 3!3!3! (ученики считают только 8!8!8! или 8⋅7!8\cdot7!8⋅7!), что даёт недоучёт. - Умножать дополнительно на (103)\binom{10}{3}(310) (как будто нужно выбрать тройку книг), что даёт лишний множитель — неверно, если тройка задана заранее. - Делиться на 3!3!3! или применять деление вместо умножения (ошибка при неправильном понимании различимости). - Не учесть, что если три тома одинаковые, то внутренняя перестановка не учитывается и ответ был бы просто 8!8!8!. Вывод: корректный ответ при заданных условиях — 8!⋅3!=241,920.\;8!\cdot 3!=241{,}920.8!⋅3!=241,920.
1) Подход «суперкнига». Сжимаем три тома в один блок + остаётся ещё 7 отдельных книг, всего 888 объектов. Число перестановок этих 888 объектов равно 8!8!8!. Внутри блока три тома можно переставить 3!3!3! способами. Итого
8!⋅3!. 8!\cdot 3!.
8!⋅3!. Численно: 8!=40320, 3!=6⇒8!⋅3!=241,920.8!=40320,\;3!=6\Rightarrow 8!\cdot 3!=241{,}920.8!=40320,3!=6⇒8!⋅3!=241,920.
2) Подход «размещение блока по местам». Выберем начальную позицию блока длины 3: есть 888 вариантов (позиции 1,…,81,\dots,81,…,8). Внутри блока — 3!3!3! перестановок. Оставшиеся 7 книг разместим в оставшихся 7 местах: 7!7!7!. Итого
8⋅3!⋅7!. 8\cdot 3!\cdot 7!.
8⋅3!⋅7!. Поскольку 8⋅7!=8!8\cdot 7!=8!8⋅7!=8!, это равно предыдущему результату: 8!⋅3!8!\cdot 3!8!⋅3!.
Типичные ученические ошибки:
- Забыть умножить на 3!3!3! (ученики считают только 8!8!8! или 8⋅7!8\cdot7!8⋅7!), что даёт недоучёт.
- Умножать дополнительно на (103)\binom{10}{3}(310 ) (как будто нужно выбрать тройку книг), что даёт лишний множитель — неверно, если тройка задана заранее.
- Делиться на 3!3!3! или применять деление вместо умножения (ошибка при неправильном понимании различимости).
- Не учесть, что если три тома одинаковые, то внутренняя перестановка не учитывается и ответ был бы просто 8!8!8!.
Вывод: корректный ответ при заданных условиях — 8!⋅3!=241,920.\;8!\cdot 3!=241{,}920.8!⋅3!=241,920.