ФОРМУЛИ КІЛЬКОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ СКІНЧЕНИХ МНОЖИН

ФОРМУЛИ КІЛЬКОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ СКІНЧЕНИХ МНОЖИН

Дуже важливими для практичних  задач є формули  підрахунку кількості різних елементів у декількох множинах, що містять спільні елементи, тобто кількості елементів в об’єднанні двох або трьох множин.

Кількість елементів об'єднання  п(А+В)  будь-яких двох скін­ченних множин А і В обчислюється за формулою:

п(А+В) = п(А) + п(В) - п(АВ).

Для будь-якої трійки скінченних множин А₁, А₂, А₃ має місце формула кількості елементів множини п(A₁ + А₂ +А₃) , що є об’єднанням трьох множин, тобто 

A₁₊ А₂ +А₃:

п(A₁ + А₂ +А₃) = п(А₁) + п(А₂) + п(А₃) - п(А₁А₂) - п(А₁ А₃) - п(А₂ А₃) + п(А₁А₂ А₃).

Наводимо приклад використання поданих вище формул.

Задача  3. У лабораторії науково-дослідного інституту працює декілька чоловік, причому кожний з них знає хоча б одну іноземну мову, 6 чоловік знають англійську, 6 ‒ німецьку, 7 ‒ французьку, 4 знають англійську і німець­ку, 3 ‒ німецьку і французьку, 2 ‒ французьку і англійсь­ку, один чоловік знає всі три мови. Скільки чоловік пра­цює в лабораторії? Скільки з них знає лише англійську мову? Скільки чоловік знає лише одну мову?

Розв'язання.

Позначимо п(А), п(Н), п(Ф) кількість співробітників у лабораторії, які знають англійську, німецьку та фран­цузьку  мови   відповідно,  а   п(НФ),  п(АН),  п(АФ), п(АНФ) ‒  кількість чоловік, що знають по дві і три мови відповідно. Тоді, за правилом суми, загальне число співробітників у лабораторії дорівнює

m = п(А)+ п(Н) + п(Ф) - п(НФ) - п(АН) - п(АФ) + п(АНФ)  = 6 + 6 + 7 - 3 - 4 - 2 + 1 = 11.

Тільки англійську та німецьку мови знають

п_АН = п(АН) ‒ п(АНФ) = 4-1= 3 чоловіка, тільки англійську і французьку

п_АФ = п(АФ) - п( АНФ) = 2-1= 1 чоловік. Тоді тільки англійську мову знає

п_А = п(А) - п_АН  – п_АФ - п( АНФ) =  6-3 -1-1 =1 чоловік. Тільки німецьку і французьку знають

п_НФ = п(НФ) - п(АНФ) = 3 ‒ 1 = 2 чоловіки. Тоді більше однієї мови знають

k = п(АНФ) + п_АН + п_АФ + п_НФ = 1 +3+1+2 =7 чоловік, її тільки одну мову  p = п - т = 11- 7 = 4 чоловіка.

Двома основними правилами комбінаторики є:

Принцип суми. Якщо множина A містить m елементів, а множина B – n елементів, і ці множини не перетинаються, то об’єднання двох множин AÅB містить m+n елементів.

Принцип добутку. Якщо множина A містить m елементів, а множина B – n елементів, то добуток двох множин AÄB містить m∙n елементів, тобто пар.

Приклад. При A={a, b, c} розміщення з повтореннями по два елементи – це пари (a,a), (a,b), (a,c), (b,a), (b,b), (b,c), (c,a), (c,b), (c,c). Або, принцип добутку: 3∙3 = 9 пар.

Приклад. В одному з відділів магазину покупці зазвичай купляють або один торт, або коробку цу­керок. Одного дня було продано 57 тортів та 36 коробок цукерок. Скільки було покупців, якщо 12 з них придбали і торт, і коробку цукерок? Використаємо принцип суми: 57 + 36 - 12 = 81.

Задача для самостійного опрацювання.

1.Скільки чисел серед першої сотні натураль­них чисел не діляться ні на 4, ні на 5, ні на 7?

2. У спортивному таборі  65  дітей вміють грати в футбол, 70  — у волейбол і  75  — у баскетбол. Всього дітей у таборі 100.  Яка а)найменша; б)найбільша кількість дітей, які вміють грати і у футбол, і у баскетбол, і у волейбол?