Silnia i współczynnik dwumianowy Newtona ułatwiają liczenie możliwych ustawień oraz wyborów elementów. Poznaj ich definicje, podstawowe zależności i sposób wykonywania obliczeń.
Silnia
Silnią liczby całkowitej dodatniej Wzór matematyczny: n. n nazywamy iloczyn kolejnych liczb całkowitych
od Wzór matematyczny: 1. 1 do Wzór matematyczny: n. n włącznie:
Wzór matematyczny: n silnia równa się 1 razy 2 razy i tak dalej razy n. n ! = 1 ⋅ 2 ⋅ … ⋅ n
Ponadto Wzór matematyczny: 0 silnia równa się 1. 0 ! = 1 .
Dla dowolnej liczby całkowitej Wzór matematyczny: n większe lub równe 0. n ≥ 0 zachodzi związek:
Wzór matematyczny: nawias otwierający n plus 1 nawias zamykający silnia równa się n silnia razy nawias otwierający n plus 1 nawias zamykający. ( n + 1 ) ! = n ! ⋅ ( n + 1 )
Uwaga: Tego nie musisz wkuwać! Wybrane wzory matematyczne - CKE strona 2.
Wzór matematyczny: 0 silnia równa się 1. 0 ! = 1
Wzór matematyczny: 1 silnia równa się 1. 1 ! = 1
Wzór matematyczny: 2 silnia równa się 1 razy 2 równa się 2. 2 ! = 1 ⋅ 2 = 2
Wzór matematyczny: 3 silnia równa się 1 razy 2 razy 3 równa się 6. 3 ! = 1 ⋅ 2 ⋅ 3 = 6
Wzór matematyczny: 4 silnia równa się 1 razy 2 razy 3 razy 4 równa się 24. 4 ! = 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 = 24
Wzór matematyczny: 5 silnia równa się 1 razy 2 razy 3 razy 4 razy 5 równa się 120. 5 ! = 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 = 120
Przykład: Oblicz:
a. Wzór matematyczny: 5 silnia. 5 !
b. Wzór matematyczny: 6 silnia minus 3 silnia razy 0 silnia. 6 ! − 3 ! ⋅ 0 !
c. Wzór matematyczny: ułamek: licznik 11 silnia; mianownik 7 silnia razy 2 silnia; koniec ułamka. 11 ! 7 ! ⋅ 2 !
d. Wzór matematyczny: ułamek: licznik 12 silnia; mianownik 10 silnia razy 3 silnia; koniec ułamka. 12 ! 10 ! ⋅ 3 !
e. Wzór matematyczny: ułamek: licznik 8 silnia razy 9 silnia; mianownik nawias otwierający 5 silnia nawias zamykający do kwadratu; koniec ułamka. 8 ! ⋅ 9 ! ( 5 ! ) 2
a. Dla
Wzór matematyczny: 5 silnia. 5 ! mamy, że
Wzór matematyczny: n równa się 5. n = 5 . Wiemy, że
Wzór matematyczny: n silnia równa się 1 razy 2 razy i tak dalej razy n. n ! = 1 ⋅ 2 ⋅ … ⋅ n , więc
Wzór matematyczny: 5 silnia równa się 1 razy 2 razy 3 razy 4 razy 5 równa się 120. 5 ! = 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 = 120 .
b. Wiemy, że
Wzór matematyczny: 0 silnia równa się 1. 0 ! = 1 .
Wzór matematyczny: 6 silnia minus 3 silnia razy 0 silnia równa się nawias otwierający 1 razy 2 razy 3 razy 4 razy 5 razy 6 nawias zamykający minus nawias otwierający 1 razy 2 razy 3 nawias zamykający razy 1 równa się. 6 ! − 3 ! ⋅ 0 ! = ( 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 ⋅ 6 ) − ( 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ) ⋅ 1 = Wzór matematyczny: 720 minus 6 równa się 714. 720 − 6 = 714 .
c. W tym przykładzie występują silnie większych liczb.
Dla
Wzór matematyczny: 11 silnia. 11 ! mamy, że
Wzór matematyczny: 11 silnia równa się 1 razy 2 razy 3 razy 4 razy 5 razy 6 razy 7 razy 8 razy 9 razy 10 razy 11 równa się. 11 ! = 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 ⋅ 6 ⋅ 7 ⋅ 8 ⋅ 9 ⋅ 10 ⋅ 11 = Wzór matematyczny: 7 silnia razy 8 razy 9 razy 10 razy 11. 7 ! ⋅ 8 ⋅ 9 ⋅ 10 ⋅ 11 .
Co to dla nas znaczy?
Wzór matematyczny: ułamek: licznik 11 silnia; mianownik 7 silnia razy 2 silnia; koniec ułamka równa się. 11 ! 7 ! ⋅ 2 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 7 silnia razy 8 razy 9 razy 10 razy 11; mianownik 7 silnia razy 2 silnia; koniec ułamka równa się. 7 ! ⋅ 8 ⋅ 9 ⋅ 10 ⋅ 11 7 ! ⋅ 2 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 8 razy 9 razy 10 razy 11; mianownik 2 silnia; koniec ułamka równa się. 8 ⋅ 9 ⋅ 10 ⋅ 11 2 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 8 razy 9 razy 10 razy 11; mianownik 1 razy 2; koniec ułamka równa się. 8 ⋅ 9 ⋅ 10 ⋅ 11 1 ⋅ 2 = Wzór matematyczny: 3960. 3960
d. W tym przykładzie występują silnie większych liczb. Korzystając z poprzedniego przykładu wiemy, że możemy “usunąć z mianownika większą z silń”. Mamy:
Wzór matematyczny: ułamek: licznik 12 silnia; mianownik 10 silnia razy 3 silnia; koniec ułamka równa się. 12 ! 10 ! ⋅ 3 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 10 silnia razy 11 razy 12; mianownik 10 silnia razy 3 silnia; koniec ułamka równa się. 10 ! ⋅ 11 ⋅ 12 10 ! ⋅ 3 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 11 razy 12; mianownik 3 silnia; koniec ułamka równa się. 11 ⋅ 12 3 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 11 razy 12; mianownik 1 razy 2 razy 3; koniec ułamka równa się. 11 ⋅ 12 1 ⋅ 2 ⋅ 3 = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 11 razy 12; mianownik 6; koniec ułamka równa się. 11 ⋅ 12 6 = Wzór matematyczny: 22. 22
e. Podobnie jak w poprzednich przykładach rozpiszmy silnie które chcemy skrócić. Mamy:
Wzór matematyczny: ułamek: licznik 8 silnia razy 9 silnia; mianownik nawias otwierający 5 silnia nawias zamykający do kwadratu; koniec ułamka równa się. 8 ! ⋅ 9 ! ( 5 ! ) 2 = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 8 silnia razy 9 silnia; mianownik 5 silnia razy 5 silnia; koniec ułamka równa się. 8 ! ⋅ 9 ! 5 ! ⋅ 5 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik nawias otwierający 5 silnia razy 6 razy 7 razy 8 nawias zamykający razy nawias otwierający 5 silnia razy 6 razy 7 razy 8 razy 9 nawias zamykający; mianownik 5 silnia razy 5 silnia; koniec ułamka równa się. ( 5 ! ⋅ 6 ⋅ 7 ⋅ 8 ) ⋅ ( 5 ! ⋅ 6 ⋅ 7 ⋅ 8 ⋅ 9 ) 5 ! ⋅ 5 ! = Wzór matematyczny: 1016064. 1016064
Przykład: Doprowadź do najprostszej postaci:
a. Wzór matematyczny: ułamek: licznik nawias otwierający n minus 3 nawias zamykający silnia; mianownik nawias otwierający n minus 2 nawias zamykający silnia; koniec ułamka. ( n − 3 ) ! ( n − 2 ) !
b. Wzór matematyczny: ułamek: licznik nawias otwierający 2 n nawias zamykający silnia; mianownik nawias otwierający 2 n minus 4 nawias zamykający silnia; koniec ułamka. ( 2 n ) ! ( 2 n − 4 ) !
a. Na początek zauważmy, że liczba poprzednia do
Wzór matematyczny: n. n to
Wzór matematyczny: n minus 1. n − 1 .
Liczba poprzednia do
Wzór matematyczny: n minus 1. n − 1 to
Wzór matematyczny: n minus 2. n − 2 .
Liczba poprzednia do
Wzór matematyczny: n minus 2. n − 2 to
Wzór matematyczny: n minus 3. n − 3 ...
Korzystając z poprzedniego zadania skróćmy wspólne czynniki z licznika i mianownika.
Rozpiszemy największą liczbę z licznika i mianownika żeby znaleźć wspólne czynniki:
Wzór matematyczny: nawias otwierający n minus 2 nawias zamykający silnia równa się. ( n − 2 ) ! = Wzór matematyczny: 1 razy 2 razy 3 razy i tak dalej razy nawias otwierający n minus 4 nawias zamykający razy nawias otwierający n minus 3 nawias zamykający razy nawias otwierający n minus 2 nawias zamykający równa się. 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ … ⋅ ( n − 4 ) ⋅ ( n − 3 ) ⋅ ( n − 2 ) = Wzór matematyczny: nawias otwierający n minus 3 nawias zamykający silnia razy nawias otwierający n minus 2 nawias zamykający. ( n − 3 ) ! ⋅ ( n − 2 )
Mamy:
Wzór matematyczny: ułamek: licznik nawias otwierający n minus 3 nawias zamykający silnia; mianownik nawias otwierający n minus 2 nawias zamykający silnia; koniec ułamka równa się. ( n − 3 ) ! ( n − 2 ) ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik nawias otwierający n minus 3 nawias zamykający silnia; mianownik nawias otwierający n minus 3 nawias zamykający silnia razy nawias otwierający n minus 2 nawias zamykający; koniec ułamka równa się. ( n − 3 ) ! ( n − 3 ) ! ⋅ ( n − 2 ) = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 1; mianownik n minus 2; koniec ułamka. 1 n − 2
b. Korzystając z poprzedniego zadania skróćmy wspólne czynniki z licznika i mianownika.
Rozpiszemy największą liczbę z licznika i mianownika żeby znaleźć wspólne czynniki:
Wzór matematyczny: nawias otwierający 2 n nawias zamykający silnia równa się. ( 2 n ) ! = Wzór matematyczny: 1 razy 2 razy 3 razy i tak dalej razy nawias otwierający 2 n minus 4 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n minus 3 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n minus 2 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n minus 1 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n nawias zamykający. 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ … ⋅ ( 2 n − 4 ) ⋅ ( 2 n − 3 ) ⋅ ( 2 n − 2 ) ⋅ ( 2 n − 1 ) ⋅ ( 2 n )
Mamy:
Wzór matematyczny: ułamek: licznik nawias otwierający 2 n nawias zamykający silnia; mianownik nawias otwierający 2 n minus 4 nawias zamykający silnia; koniec ułamka równa się. ( 2 n ) ! ( 2 n − 4 ) ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik nawias otwierający 2 n minus 4 nawias zamykający silnia razy nawias otwierający 2 n minus 3 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n minus 2 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n minus 1 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n nawias zamykający; mianownik nawias otwierający 2 n minus 4 nawias zamykający silnia; koniec ułamka równa się. ( 2 n − 4 ) ! ⋅ ( 2 n − 3 ) ⋅ ( 2 n − 2 ) ⋅ ( 2 n − 1 ) ⋅ ( 2 n ) ( 2 n − 4 ) ! = Wzór matematyczny: nawias otwierający 2 n minus 3 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n minus 2 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n minus 1 nawias zamykający razy nawias otwierający 2 n nawias zamykający. ( 2 n − 3 ) ⋅ ( 2 n − 2 ) ⋅ ( 2 n − 1 ) ⋅ ( 2 n )
Współczynnik dwumianowy Newtona
Dla liczb całkowitych Wzór matematyczny: n. n , Wzór matematyczny: k. k spełniających warunki Wzór matematyczny: 0 mniejsze lub równe k mniejsze lub równe n. 0 ⩽ k ⩽ n definiujemy współczynnik dwumianowy następująco:
Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: k; koniec układu nawias zamykający równa się ułamek: licznik n silnia; mianownik k silnia razy nawias otwierający n minus k nawias zamykający silnia; koniec ułamka. ( n k ) = n ! k ! ⋅ ( n − k ) !
Zachodzą równości:
Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: k; koniec układu nawias zamykający równa się. ( n k ) = Wzór matematyczny: ułamek: licznik n razy nawias otwierający n minus 1 nawias zamykający razy nawias otwierający n minus 2 nawias zamykający razy i tak dalej razy nawias otwierający n minus k plus 1 nawias zamykający; mianownik k silnia; koniec ułamka. n ⋅ ( n − 1 ) ⋅ ( n − 2 ) ⋅ … ⋅ ( n − k + 1 ) k !
Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: k; koniec układu nawias zamykający równa się. ( n k ) = Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: n minus k; koniec układu nawias zamykający. ( n n − k )
Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: 0; koniec układu nawias zamykający równa się 1. ( n 0 ) = 1
Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: n; koniec układu nawias zamykający równa się 1. ( n n ) = 1
Uwaga: Tego nie musisz wkuwać! Wybrane wzory matematyczne - CKE strona 2.
Przykład: Oblicz:
a. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 6; następny wiersz: 4; koniec układu nawias zamykający. ( 6 4 )
b. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 10; następny wiersz: 3; koniec układu nawias zamykający. ( 10 3 )
c. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 4; następny wiersz: 4; koniec układu nawias zamykający. ( 4 4 )
d. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 7; następny wiersz: 0; koniec układu nawias zamykający. ( 7 0 )
Skorzystamy z powyższego wzoru oraz definicji silni.
a. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 6; następny wiersz: 4; koniec układu nawias zamykający równa się. ( 6 4 ) = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 6 silnia; mianownik 4 silnia razy nawias otwierający 6 minus 4 nawias zamykający silnia; koniec ułamka równa się. 6 ! 4 ! ⋅ ( 6 − 4 ) ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 4 silnia razy 5 razy 6 razy; mianownik 4 silnia razy 2 silnia; koniec ułamka równa się. 4 ! ⋅ 5 ⋅ 6 ⋅ 4 ! ⋅ 2 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 5 razy 6; mianownik 2 silnia; koniec ułamka równa się. 5 ⋅ 6 2 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 5 razy 6; mianownik 2; koniec ułamka równa się. 5 ⋅ 6 2 = Wzór matematyczny: 15. 15
b. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 10; następny wiersz: 3; koniec układu nawias zamykający równa się. ( 10 3 ) = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 10 silnia; mianownik 3 silnia razy nawias otwierający 10 minus 3 nawias zamykający silnia; koniec ułamka równa się. 10 ! 3 ! ⋅ ( 10 − 3 ) ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 7 silnia razy 8 razy 9 razy 10; mianownik 3 silnia razy 7 silnia; koniec ułamka równa się. 7 ! ⋅ 8 ⋅ 9 ⋅ 10 3 ! ⋅ 7 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 8 razy 9 razy 10; mianownik 3 silnia; koniec ułamka równa się. 8 ⋅ 9 ⋅ 10 3 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 720; mianownik 6; koniec ułamka równa się 120. 720 6 = 120
c. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 4; następny wiersz: 4; koniec układu nawias zamykający równa się. ( 4 4 ) = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 4 silnia; mianownik 4 silnia razy nawias otwierający 4 minus 4 nawias zamykający silnia; koniec ułamka równa się. 4 ! 4 ! ⋅ ( 4 − 4 ) ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 4 silnia; mianownik 4 silnia razy 0 silnia; koniec ułamka równa się. 4 ! 4 ! ⋅ 0 ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 4 silnia; mianownik 4 silnia razy 1; koniec ułamka równa się 1. 4 ! 4 ! ⋅ 1 = 1
Zauważmy, że: Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 4; następny wiersz: 4; koniec układu nawias zamykający równa się. ( 4 4 ) = Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: n; koniec układu nawias zamykający równa się 1. ( n n ) = 1
d. Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 7; następny wiersz: 0; koniec układu nawias zamykający równa się. ( 7 0 ) = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 7 silnia; mianownik 0 silnia razy nawias otwierający 7 minus 0 nawias zamykający silnia; koniec ułamka równa się. 7 ! 0 ! ⋅ ( 7 − 0 ) ! = Wzór matematyczny: ułamek: licznik 7 silnia; mianownik 0 silnia razy 0 silnia; koniec ułamka równa się ułamek: licznik 7 silnia; mianownik 7 silnia; koniec ułamka równa się 1. 7 ! 0 ! ⋅ 0 ! = 7 ! 7 ! = 1
Zauważmy, że: Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: 7; następny wiersz: 0; koniec układu nawias zamykający równa się. ( 7 0 ) = Wzór matematyczny: nawias otwierający układ: n; następny wiersz: 0; koniec układu nawias zamykający równa się 1. ( n 0 ) = 1
[…] Przed rozwiązywaniem zadań przypomnij sobie symbol Newtona. […]