lunes, 13 de julio de 2009

Técnicas de conteo



Variaciones ordinarias

Se llama variaciones ordinarias de m elementos tomados de n en n (m ≥ n) a los distintos grupos formados por n elementos de forma que:
No entran todos los elementos.
importa el orden.
No se repiten los elementos.
También podemos calcular las variaciones mediante factoriales:
Las variaciones se denotan por Ejemplos
1.
Calcular las variaciones de 6 elementos tomados de tres en tres.
2. ¿Cuántos números de tres cifras diferentes se puede formar con los dígitos: 1, 2, 3, 4, 5 ?
m = 5, n = 3, m ≥ n
No entran todos los elementos. De 5 dígitos entran sólo 3.
importa el orden. Son números distintos el 123, 231, 321.
No se repiten los elementos. El enunciado nos pide que las cifras sean diferentes.
3. A un concurso literario se han presentado 10 candidatos con sus novelas. El cuadro de honor lo forman el ganador, el finalista y un accésit. ¿Cuántos cuadros de honor se pueden formar?
m = 10, n = 3
No entran todos los elementos. De 10 candidatos entran sólo 3.
importa el orden. No es lo mismo quedar ganador que finalista.
No se repiten los elementos. Suponemos que cada candidato presenta una sola obra.

Variaciones con repetición

Se llama variaciones con repetición de m elementos tomados de n en n a los distintos grupos formados por n elementos de manera que:
No entran todos los elementos si m > n. Sí pueden entrar todos los elementos si m ≤ n
importa el orden.
se repiten los elementos.
Ejemplos
1. ¿Cuántos números de tres cifras se puede formar con los dígitos: 1, 2, 3, 4, 5 ?
m = 5, n = 3
No entran todos los elementos. De 5 dígitos entran sólo 3.
importa el orden. Son números distintos el 123, 231, 321.
se repiten los elementos. El enunciado nos pide que las cifras sean diferentes.
Permutaciones

Se llama permutaciones de m elementos (m = n) a las diferentes agrupaciones de esos m elementos de forma que:
entran todos los elementos.
importa el orden.
No se repiten los elementos.
Ejemplos

1. Calcular las permutaciones de 6 elementos. P6 = 6! = 6 · 5 · 4 · 3 · 2 · 1 = 720
2. ¿Cuántos números de 5 cifras diferentes se puede formar con los dígitos: 1, 2, 3, 4, 5.
m = 5, n = 5.
entran todos los elementos. De 5 dígitos entran 5.
importa el orden. Son números distintos el 12345, 24531, 54321.
No se repiten los elementos. El enunciado nos pide que las cifras sean diferentes.

3. ¿De cuántas formas distintas pueden sentarse ocho personas en una fila de butacas?
entran todos los elementos. Tienen que sentarse las 8 personas.
importa el orden.
No se repiten los elementos. Una persona no se puede repetir.


Permutaciones circulares
Es un caso particular de las permutaciones. Se utilizan cuando los elementos se han de ordenar "en círculo", (por ejemplo, los comensales en una mesa), de modo que el primer elemento que "se sitúe" en la muestra determina el principio y el final de muestra.

Ejemplos
1. Calcular las permutaciones circulares de 7 elementos.
PC7= (7 − 1)! = 6! = 6 · 5 · 4 · 3 · 2 · 1 = 720

2. ¿De cuántas formas distintas pueden sentarse ocho personas alrededor de una mesa redonda?

Permutaciones con repetición

Permutaciones con repetición de m elementos donde el primer elemento se repite a veces , el segundo b veces , el tercero c veces, ...(m = a + b + c + ... = n) son los distintos grupos que pueden formarse con esos m elementos de forma que :
entran todos los elementos.
importa el orden.
se repiten los elementos.
Ejemplos

1. Con las cifras 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4; ¿cuántos números de nueve cifras se pueden formar?
m = 9, a = 3, b = 4, c = 2, a + b + c = 9
entran todos los elementos.
importa el orden.
se repiten los elementos.
2. En el palo de señales de un barco se pueden izar tres banderas rojas, dos azules y cuatro verdes. ¿Cuántas señales distintas pueden indicarse con la colocación de las nueve banderas?
entran todos los elementos.
importa el orden.
se repiten los elementos.
Combinaciones

Se llama combinaciones de m elementos tomados de n en n (m ≥ n) a todas las agrupaciones posibles que pueden hacerse con los m elementos de forma que: No entran todos los elementos.
No importa el orden.
No se repiten los elementos.

También podemos calcular las combinaciones mediante factoriales:
Las combinaciones se denotan por Ejemplos
1. Calcular el número de combinaciones de 10 elementos tomados de 4 en 4.
2. En una clase de 35 alumnos se quiere elegir un comité formado por tres alumnos. ¿Cuántos comités diferentes se pueden formar?

No entran todos los elementos.
No importa el orden: Juan, Ana.
No se repiten los elementos.
Combinaciones con repetición

Las combinaciones con repetición de m elementos tomados de n en n (m ≥ n), son los distintos grupos formados por n elementos de manera que:
No entran todos los elementos.
No importa el orden.

se repiten los elementos.

Ejemplo:
En una bodega hay en un cinco tipos diferentes de botellas. ¿De cuántas formas se pueden elegir cuatro botellas? No entran todos los elementos. Sólo elije 4.. No importa el orden. Da igual que elija 2 botellas de anís y 2 de ron, que 2 de ron y 2 de anís. Sí se repiten los elementos. Puede elegir más de una botella del mismo tipo.



Ejercicios Resueltos

Ejemplo 1: Rutas de viaje
Dos caminos unen a las ciudades A y B, cuatro unen a B y C, y cinco unen a las ciudades C y D. Para conducir de A a B, luego a C y por ultimo a D, ¿Cuántas rutas diferentes son posibles? Este es un proceso por etapas. La primera de A→B tiene dos posibilidades, la segunda de B→C tiene cuatro y la tercera de C→D tiene cinco. Por el principio multiplicativo de conteo, el número total de rutas es 2 x 4 x 5 = 40.

Ejemplo 2: Respuestas de examen
¿De cuántas maneras puede ser respondido un examen bajo cada una de las siguientes condiciones?
a.
El examen consiste en tres preguntas de opción múltiple con cuatro opciones para cada una.

Responder de manera sucesiva las tres preguntas es un proceso de tres etapas. La primera pregunta puede ser respondida de cualquiera de cuatro formas. Del mismo modo, cada una de las otras preguntas puede ser respondida en cuatro formas. Por el principio multiplicativo de conteo el número de maneras para responder el examen es: 4 x 4 x 4 = 4^3 = 64.

b. El examen consiste en tres preguntas de opción múltiple (con cuatro opciones para cada una) y cinco preguntas de falso-verdadero.

Responder el examen puede ser considerado como un proceso de dos etapas. Primero podemos responder las preguntas de opción múltiple (ésta es la primera etapa), y después responder las preguntas de falso-verdadero (la segunda etapa). De la parte (a), las preguntas de opción múltiple pueden ser respondidas de 64 formas. Cada una de las preguntas de falso-verdadero tiene dos opciones (falso o verdadero), de modo que el número total de maneras de responder las cinco preguntas es 2 x 2 x 2 x 2 x 2. Por el principio multiplicativo de conteo, el número de maneras en que todo el examen puede ser respondido es: (4 x 4 x 4)( 2 x 2 x 2 x 2 x 2) = 4^3 x 2^5 = 2.048.

Ejemplo 3: Funcionarios de un club
Un club tiene 20 miembros. Los cargos de presidente, vicepresidente, secretario y tesorero deben ser cubiertos y ningún miembro puede servir en más de un cargo. ¿Cuántas listas diferentes de candidatos son posibles?

Consideremos una lista de candidatos en el orden de presidente, vicepresidente, secretario y tesorero. Cada ordenamiento de cuatro candidatos constituye una lista de candidatos, de modo que el número de posibles listas 20P4. De la ecuación de permutación tenemos:

Ejemplo 4: Placas de automovil
En un estado, las placas de loas automóviles tienen 3 letras seguidas de 3 dígitos. ¿Cuántas placas se pueden hacer si:
a. Se permite repetir letras


Se pueden hacer elecciones, una por cada letra o por cada dígito. Tracemos un cuadro para cada etapa:

En la primera etapa se elige una letra de 26 posibles; en la segunda etapa, otra letra (de nuevo entre 26 opciones); en la tercera etapa, otra letra (26 opciones); en la cuarta un digito de 10 posibles; en la quinta, un dígito (de nuevo de entre 10 opciones) y en la sexta etapa, otro digito (10 opciones). Según el principio multiplicativo de conteo, la cantidad de placas distintas es:
26 x 26 x 26 x 10 x 10 x 10 = 17’576.000

b. No se permite repetir letras
Si no se permite repetir letras, las opciones se pueden representar como sigue: En la primera etapa tenemos 26 letras para elegir, pero una vez seleccionada la primera letra, solo quedan 25 para elegir en la segunda etapa. Una vez elegidas las dos primeras, quedan 24 para elegir en la tercera etapa. Los dígitos se determinan como antes. Así, la cantidad de placas distintas en este caso es:
26 x 25 x 24 x 10 x 10 x 10 = 15’600.000

Ejemplo 5: Los seis corredores
¿De cuantas formas distintas puede terminar una competencia entre seis corredores? (Suponga que no hay empates.)

Hay seis opciones distintas para el primer lugar, cinco para el segundo, porque después de haberse decidido el primer lugar solo quedan cinco corredores, hay cuatro opciones para el tercer lugar, y así sucesivamente. De acuerdo con el principio multiplicativo, la cantidad de opciones distintas en la que puede terminar esta carrera es:
6! = 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 720

Ejemplo 6: Las pelotas
Calcule el número de formas distintas en que se pueden colocar 15 pelotas en una fila, si cuatro son rojas, tres son amarillas, seis son negras y dos son azules.

Se trata de determinar el número de permutaciones distinguibles de esas pelotas. De acuerdo con la formula de permutación con repetición, ese número es:
Ejemplo 7: Miembros del club
Un club tiene nueve miembros, ¿De cuantas formas se puede elegir un comité de tres miembros entre los nueve del club?

Se necesita calcular el número de formas de elegir tres miembros de los nueve. En este caso no importa el orden, porque el comité será igual sin importar como se ordenan sus miembros. Así, se desea conocer el número de combinaciones de nueve objetos (los miembros del club) tomados de tres en tres. El número es:

EJERCICIOS

1. Se desea conformar una placa de automóvil, de tal forma que esta tenga tres letras y tres números.
a. ¿De cuántas formas se puede armar la placa?
b. Si se sabe que la placa corresponde a la ciudad de Bogotá, es decir, la primera letra es B, ¿de cuántas formas se puede formar la nueva placa?
c. ¿De cuántas formas se puede formar la placa si sola­mente se usan números impares?

2. Una aerolínea tiene seis vuelos diarios de Bogotá a Caracas y siete vuelos diarios de Caracas a Miami. Si los vuelos se hacen en días separa­dos, ¿cuántas opciones diferentes puede ofrecer la aerolínea para ir de Bogotá a Miami?

3. Un consejo de estudiantes de un colegio de bachillera­to, tiene un representante de cada grado. Si cada uno de los miembros del consejo está en capacidad de ocu­par cualquier cargo,
a. ¿de cuántas formas se pueden seleccionar presi­dente y secretario del consejo?
b. ¿de cuántas formas se pueden seleccionar presi­dente, vicepresidente y secretario?
c. si se sabe que el presidente debe ser de grado déci­mo o de grado undécimo, ¿de cuántas formas se pueden seleccionar presidente, vicepresidente y secretario?

4. Beethoven escribió nueve sinfonías, Mozart 27 con­ciertos para piano y Schubert 15 cuartetos para cuer­das.
a. Si el anunciador de una emisora de radio desea reproducir primero una sinfonía de Beethoven y, luego, un concierto de Mozart, ¿de cuántas formas puede hacerlo?
b. El gerente de la emisora determina que cada noche se transmitirá una sinfonía de Beethoven, seguida de un concierto para piano de Mozart y, luego, un cuarteto para cuerdas de Schubert. ¿Durante cuán­tos años podría continuarse este sistema antes de que tenga que repetirse el mismo programa?

5. El Baloto es el juego de azar en el cual la persona que compra un boleto, selecciona seis números diferentes. Los números seleccionados deben estar entre 1 y 45. ¿De cuántas formas se puede jugar un baloto?

6. La lotería tradicional tiene cuatro cifras y una serie de dos dígitos.
a. ¿Cuántos billetes de lotería se imprimen para un juego?
b. ¿Existen diferencias entre esta lotería tradicional y el juego de Baloto? ¿Cuáles?

7. Una planta de producción trabaja en tres turnos. En el primer turno emplea 20 trabajadores, en el segundo turno emplea 15 trabajadores y en el tercer turno emplea 10 trabajadores.
El gerente desea seleccionar seis trabajadores para rea­lizarles una entrevista de satisfacción con las garantías laborales que ofrece la empresa.
Si se supone que la selección de los seis trabajadores se hace sin tener en cuenta a qué turno pertenecen
a. ¿De cuántas formas se puede hacer esta selección?
b. ¿De cuántas formas se puede hacer la elección si el gerente quiere que haya dos empleados de cada turno?
c. ¿De cuántas formas se puede hacer esta selección si se quiere que del turno de la noche haya solamen­te un seleccionado?

8. ¿Cuántos números telefónicos de siete dígitos se pue­den formar si se sabe que el primer dígito no puede ser cero, uno o nueve?

9. Cuantas palabras de cuatro letras se pueden hacer con las letras de la palabra múltiplos? (No se puede repetir letras).

10. Felipe tiene cuatro corbatas, 6 camisas y 3 pares de pantalones, ¿Cuántas combinaciones diferentes puede usar?

11. Cinco caminos unen a Ciudad Alegría con el Pueblo Malhumorado. Empezando en ciudad alegría, ¿de cuántas maneras diferentes puede manejar Sergio al Pueblo Malhumorado y volver, esto es, cuántos viajes redondos distintos puede hacer? ¿Cuántos viajes redondos distintos puede hacer si desea regresar por un camino diferente que el que lo llevó al Pueblo Malhumorado?

12. Supóngase que un club esta conformado por 3 mujeres y dos hombres. ¿De cuántas maneras pueden ser elegidos un presidente y un vicepresidente si:
a. El presidente es una mujer y el secretario un hombre
b. El presidente es un hombre y el secretario una mujerEl presidente y el secretario deben ser de sexo opuesto?

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