1
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, con arreglo 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. 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. 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. Posiblemente a ustedes les parecerá increíble que 10 personas puedan colocarse en un número tan elevado de posiciones diferentes. Podrías comprobar esto cálculos?
Profesor: Javier Trigoso T.
Matemática 1
2
1. ¿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 analisis 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. 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:
Sigma (Σ) es la
decimoctava letra
a1 + a2 + a3 + a4 + a5 + a6 + a7 escribimos:
griego.
7
a y se lee, sumatoria i1
del alfabeto
i
de ai con i variando de 1 a 7.
Si el índice i es variable desde 1 a n, la notación es:
n
a i1
i
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.
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 "!". Ejemplo 2: n! = 1.2.3.4...n o bien: n! = n.(n-1).(n-2)...3.2.1
2! = 2 3! = 6 4! = 24 5! = 120
De la definición se deduce que el factorial de un número es igual al producto de dicho número por el factorial del anterior. Ejemplo 3: 6! = 6.5! = 6.5.4! En general: n.(n-1)!= n! Además se define: 0! = 1 y 1! = 1.
Profesor: Javier Trigoso T.
Matemática 1
3
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. 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. 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. 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. Ejemplo 1: Javier puede viajar de Lima a Cuzco por vía áerea, usando 2 líneas de transporte áereo o por vía terrestre, a través de líneas de omnibus. ¿De cuántas maneras puede Javier realizar el viaje de Lima a Cuzco?
Profesor: Javier Trigoso T.
Matemática 1
4 Resolución Según el enunciado Javier puede viajar de Lima a Cuzco de las siguientes formas: Por vía terrestre, y ya no utiliza la vía aérea, o Por vía aérea, y ya no utiliza la terrestre. Como al utilizar una, deja de utilizar la otra, no se realizan simultáneamente. Por el principio de adición: Por vía aérea: 2 formas Podrá viajar de (2 + 3) = 5 formas Por vía terrestre: 3 formas 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
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.
Ejemplo 1: Un equipo de basquet tiene que elegir un nuevo uniforme. Para ello debe escoger entre 4 camisetas y 5 pantalones con diferentes colores. ¿Cuántos uniformes distintos se pueden
Profesor: Javier Trigoso T.
componer con las camisetas y pantalones disponibles? Resolución Por el principio de multiplicación serán: 4 x 5 = 20 uniformes diferentes.
Matemática 1
5 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.
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. 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:
Ejemplo 1:
Ejemplo 2
¿Cuántas posibilidades de ubicación tienen cinoc alumnosb al sentarse en cinco sillas colocadas en línea recta?
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 cinco elementos tomados de cinco en cinco. Calculamos el número de posibilidades: P5 = 5! = 5.4.3.2.1 = 120
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 = 6 840
Profesor: Javier Trigoso T.
Matemática 1
6 PARA LA CLASE…. 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? 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? 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? 07. Se tiene 3 rosas rojas, 3 amarillas, 3 blancas y 2 rosadas. ¿Cuántos ramos de 6 rosas se puede formar, de tal manera que tengan por lo menos una rosa de cada color?
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:
Ejemplo 1: ¿De cuántas maneras distintas podrán sentarse 4 niños alrededor de una mesa circular?
Profesor: Javier Trigoso T.
Resolución Se deberá de encontrar las diferentes ordenaciones de 4 elementos (niños) alrededor de un centro (mesa), estará dado por: Matemática 1
7
Pc 4 4 1 ! 3! 6 Ejemplo 2: Alrededor de una torta de cumpleaños, se ubican 6 vasos
diferentes. ¿De cuántas formas pueden ser ubicados? Resolución
Pc 6 6 1 ! 5! 120
PARA LA CLASE…. 08. En su 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?
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 ,......., km es el número de veces que se repite cada elemento.
Ejemplo 1: Con 2 bolas rojas, 2 bolas amarillas y 3 bolas azules. ¿De cuántas maneras distintas se pueden ordenar?
Profesor: Javier Trigoso T.
Resolución 7 Se tendrá: P2,2,3
7! 210 2!2!3!
Matemática 1
8 Ejemplo 2: ¿De cuántas formas deferentes se pueden ordenar las letras de la palabra TAPITA?
Podemos señalar que la letra T se repite 2 veces, la letra A 2 veces y las letras P e I una vez cada una. 6! 6 180 Luego: P2,2,1,1 2!2!1!1!
Resolución PARA LA CLASE…. 11. ¿Cuántas palabras diferentes, no necesariamente pronunciables o 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 lo 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?
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 combinaciones que 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.
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 Profesor: Javier Trigoso T.
ningún orden, lo que sí interesa es el grupo formado, luego se trata de combinar 5 elementos, tomándolos de 3 en 3. 5! 4.5 C35 10 2!3! 1.2
Matemática 1
9 comisión será la misma a que la nombremos como la integrda por Alberto, Luis y José. Vemos que no interesa el orden, luego se buscará el número de combinaciones de 7 elementos agrupados de 3 en 3.
Ejemplo 2: De un grupo de 7 personas se quiere formar una comisión de 3 personas. ¿De cuántas maneras diferentes se puede formar dicha comisión? Resolución Digamos que una comisión está formada por Luis, José y Alberto, la
C37
7! 7.6.5 35 4!3! 1.2.3
PARA LA CLASE…. 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?
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.
15. ¿Cuántas maneras hay de repartir 10 libros diferentes entre tres alumnos, si al primero del damos 2, al
PARA LA CASA…. 01. Para ir de la ciudad A a la ciudad D hay que pasar por las ciudades B y C a través de las carreteras que se indican en la figura:
A
B
C
El número de posibles recorridos distintos es: A) 10 B) 15 C) 25 D) 30 E) 45
Profesor: Javier Trigoso T.
D
02. Un producto se vende en 3 mercados en el primero se tienen disponibles 7 tiendas en el segundo en 4 tiendas y en el tercero en 6 tiendas. ¿De cuántas maneras puede adquirir una persona un ejemplar de dicho producto? A) 148 B) 17 C) 168 D) 24 E) 236 03. ¿Cuál es el número de colocaciones diferentes de 7 libros en una estantería de modo que tres libros
Matemática 1
10 determinados estén siempre separados entre sí? A) 1 520 B) 1 634 C) 1 440 D) 1 780 E) 1920 04. Cinco viajeros llegan a una comunidad en la que hay 6 hoteles. ¿De cuántas maneras pueden ocupar sus cuartos, debiendo estar cada uno en hoteles diferentes? A) 60 B) 24 C) 120 D) 720 E) 30 05. ¿De cuántas maneras diferentes, 2 peruanos, 3 argentinos y 4 colombianos pueden sentarse en fila de modo que los de la misma nacionalidad se sientan juntos? A) 864 B) 1 728 C) 688 D) 892 E) 1 700 06. ¿De cuántas maneras 3 parejas de esposos se pueden ubicar en una mesa circular para jugar casino, sí éstas parejas juegan siempre juntas? A) 120 B) 16 C) 48 D) 144 E) 48 07. Para viajar de Miami a Puno se pueden abordar 5 aerolíneas diferentes. ¿De cuántas maneras se podrá hacer el viaje de ida y vuelta, abordando una aerolínea distinta al regreso? A) 10 B) 8 C) 9 D) 20 E) 25 08. Marita tiene 3 minifaldas y 6 blusas. ¿De cuántas se podrá vestir, si la minifalda azul siempre debe usarla con la blusa amarilla? Profesor: Javier Trigoso T.
A) 18 D) 13
B) 16 E) 11
C)15
09. En el hipódromo, en la primera carrera corren 7 caballos. Si “Rex” fue descalificado, ¿de cuántas maneras distintas pudieron llegar los restantes? A) 24 B) 120 C) 240 D) 480 E) 720 10. Se quiere confeccionar banderas tricolores de franjas horizontales. Si se disponen de 7 colores distintos, ¿cuántas banderas se podrán hacer? A) 60 B) 120 C) 144 D) 180 E) 210 11. ¿Cuántos números pares de 4 cifras distintas pueden formarse con los dígitos 2,3,4,7,8y 9 A) 360 B)240 C)180 D) 120 E)90 12. Hay 3 caminos para ir de “x” a “y” , 8 para ir de “x” a “z”, 7 para ir de “y” a “w” y 5 para ir de “z” a “w”. ¿De cuántas maneras se puede ir de “x” a “w”? A) 59 B) 24 C) 35 D) 61 E) 16 13. Al lanzar dos dados, ¿de cuántas maneras puedo obtener lograr una suma igual a 6? A) 3 B) 4 C) 5 D) 6 E) 7 14. En una bolsa hay 15 bolas azules, 12 blancas, 13 rojas y 17 verdes. ¿Cuál es el mínimo número de bolas que Matemática 1
11 debe tomar para tener la seguridad de haber extraído un color por completo? A) 48 B) 56 C) 17 D) 55 E) 54 15. En un cajón se encuentran 3 pares de medias blancas, 2 pares de medias azules y 4 pares de medias marrones. ¿Cuál es el menor número de medias que hay que sacar para estar seguro de haber extraído un par de medias del mismo color? A) 4 B) 10 C) 13 D) 3 E) 5 16. ¿Cuántos arreglos diferentes se pueden hacer con las letras de la palabra “JAPANAJA”? A) 81 B) 840 C) 120 D) 8 E) 64 17. ¿De cuántas maneras se pueden ordenar la palabra EXAMENES si no puede haber dos “E” adyacentes? A) 2 100 B) 2 400 C) 3 200 D) 5 100 E) 5 400 18. Con las frutas: plátano, papaya, melón, piña y mamey. ¿Cuántos jugos de diferentes sabores se podrán hacer? A) 13 B) 10 C) 25 D) 32 E) 31 19. Una organización estudiantil tiene que elegir un delegado y un subdelegado. Hay 7 candidatos. ¿Cuántas elecciones distintas se pueden hacer? A) 21 B) 28 C) 35 Profesor: Javier Trigoso T.
D) 42
E) 49
20. Un palco de 4 asientos, es vendido a 2 parejas. ¿De cuántas maneras diferentes podemos acomodar si cada pareja quiere estar junta? A) 2 B) 16 C) 12 D) 8 E) 4 21. Cuatro personas abordan un automóvil en el que hay 6 asientos. Si sólo 2 saben conducir, ¿de cuántas maneras diferentes pueden sentarse? A) 24 B) 60 C) 120 D) 240 E) 360 22. Un examen consta de 12 preguntas de las cuales el estudiante debe contestar 10. Si de las 6 primeras preguntas deben contestar por lo menos 5, ¿cuántas posibilidades de elegir 10 preguntas tiene el estudiante? A) 15 B) 36 C) 51 D) 21 E) 27 23. Dos varones y tres chicas van al cine y encuentran 5 asientos juntos, en una misma fila, donde desean acomodarse. ¿De cuántas maneras diferentes pueden sentarse si las tres chicas no quieren estar una al costado de la otra? A) 10 B) 16 C) 18 D) 15 E) 12 24. ¿Cuántos diccionarios bilingües hay que editar si consideramos los idiomas: español, inglés, francés, portugués y alemán?
Matemática 1
12 A) 2 D) 9
B) 5 E) 7
C) 10
25. Se tiene una mesa redonda en la cual se pueden sentar 5 mujeres y 5 hombres. ¿De cuántas maneras lo podrán hacer con la condición de que no queden juntos dos hombres? A) 576 B) 625 C) 480 D) 25 E) 24 26. ¿De cuántas formas se pueden sentar en una fila de 5 asientos: 2 hombres, 2 mujeres y un niño de modo que a la derecha e izquierda del niño se encuentre siempre una mujer? A) 12 B) 18 C) 8 D) 36 E) 24 27. ¿De cuántas maneras diferentes se puede verter una persona que tiene 6 ternos (2 iguales), 5 pares de medias (3 iguales), 2 pares de zapatos, 8 corbatas (2 iguales) y 6 camisas (3 iguales)? A) 420 B) 280 C) 288 D) 840 E) 2 800
28. Luis, hace cigarrillos con las colillas que recoge del suelo. Si necesita 7 colillas para hacer un cigarrillo. ¿Cuántos hará con 49 colillas? A) 8 B) 7 C) 6 D) 5 E) 9 29. ¿Cuántas palabras diferentes que terminen en “O” pueden obtenerse con las letras de la palabra “MÉDICO”, sin que se repita ninguna palabra y sin importar si las palabras tienen o no sentido? A) 6 B) 24 C) 48 D) 120 E) 146 30. En una reunión hay 40 damas y 20 varones. Se desea elegir un presidente, vice-presidente, tesorero y un secretario. La condición es que el tesorero sea una dama y el secretario un varón y nadie puede ocupar más de un cargo. Entonces el número de maneras en que puede elegirse ese grupo directivo es igual a: A) 2 644 800 B) 2 844 600 C) 2 866 400 D) 3 088 400 E) 3 244 800
http://issuu.com/sapini/docs
Profesor: Javier Trigoso T.
Matemática 1