mateinfo.roANDREI OCTAVIAN DOBRE20 ani20ANI Contact

Metode de numărare. Probabilități. Matematici financiare – teorie, formule și exemple rezolvate

Bacalaureat – Subiectul I · clasa a X-a. Permutări, aranjamente și combinări, binomul lui Newton, formule de numărare, probabilități și matematici financiare (procente, TVA, dobânzi), cu exemple rezolvate.

8.1Permutări, aranjamente, combinări

Factorial

\(n!=1\cdot2\cdot3\cdot\ldots\cdot n\),\(0!=1\),\(1!=1\),\(n!=(n-1)!\cdot n\)

Permutări \(P_n=n!\) – numărul mulțimilor ordonate formate cu toate cele \(n\) elemente distincte

Aranjamente \(A_n^k=\dfrac{n!}{(n-k)!}\) – numărul submulțimilor ordonate de \(k\) elemente alese din \(n\) (\(k\le n\))

Combinări \(C_n^k=\dfrac{n!}{k!\,(n-k)!}\) – numărul submulțimilor neordonate de \(k\) elemente alese din \(n\)

Proprietăți ale combinărilor:

1. \(C_n^0=C_n^n=1\)2. \(C_n^1=n\)3. \(C_n^k=C_n^{n-k}\) (formula combinărilor complementare)

4. \(C_n^k+C_n^{k+1}=C_{n+1}^{k+1}\)5. \(A_n^k=C_n^k\cdot k!\)6. \(C_n^0+C_n^1+\cdots+C_n^n=2^n\)

Exemplul 8.1

Calculați \(P_4\), \(A_5^2\) și \(C_5^2\).
Rezolvare
\(P_4=4!=24\);\(A_5^2=\dfrac{5!}{3!}=5\cdot4=20\);\(C_5^2=\dfrac{5\cdot4}{2}=10\).

Exemplul 8.2

În câte moduri pot fi aleși 3 elevi dintr-o grupă de 7 elevi pentru a forma o echipă?
Rezolvare
Ordinea nu contează, deci \(C_7^3=\dfrac{7\cdot6\cdot5}{1\cdot2\cdot3}=35\) moduri.

Exemplul 8.3

Rezolvați ecuația \(C_n^2=10,\ n\ge2,\ n\in\mathbb{N}\).
Rezolvare
\(\dfrac{n(n-1)}{2}=10\Rightarrow n^2-n-20=0\Rightarrow n_1=5,\ n_2=-4\). Convine \(n=5\).

↑ Cuprins

8.2Binomul lui Newton

\[(a+b)^n=C_n^0a^n+C_n^1a^{n-1}b+C_n^2a^{n-2}b^2+\cdots+C_n^nb^n=\sum_{k=0}^{n}C_n^k\,a^{n-k}b^k\]

Termenul general (al \((k+1)\)-lea termen):

\[\boxed{T_{k+1}=C_n^k\,a^{n-k}\,b^k,\qquad k=\overline{0,n}}\]

Dezvoltarea are \(n+1\) termeni. Pentru \((a-b)^n\) termenii alternează: \(T_{k+1}=(-1)^kC_n^ka^{n-k}b^k\).

Sume de coeficienți binomiali:

\(C_n^0+C_n^1+\cdots+C_n^n=2^n\);\(C_n^0+C_n^2+C_n^4+\cdots=C_n^1+C_n^3+C_n^5+\cdots=2^{n-1}\)

Suma coeficienților dezvoltării unui polinom \(f\) este \(f(1)\).

Exemplul 8.4

Determinați termenul care îl conține pe \(x^3\) în dezvoltarea \((x+2)^5\).
Rezolvare
\(T_{k+1}=C_5^kx^{5-k}2^k\); cerem \(5-k=3\Rightarrow k=2\), deci \(T_3=C_5^2x^3\cdot4=10\cdot4x^3=40x^3\).

Exemplul 8.5

Câți termeni are dezvoltarea \((a+b)^{12}\) și cât este suma coeficienților binomiali?
Rezolvare
\(12+1=13\) termeni; suma coeficienților binomiali este \(2^{12}=4096\).

↑ Cuprins

8.3Formule de numărare

  • Numărul submulțimilor unei mulțimi cu \(n\) elemente: \(2^n\).
  • Numărul funcțiilor \(f:A\to B\), cu \(\operatorname{card}A=n\), \(\operatorname{card}B=m\): \(m^n\).
  • Numărul funcțiilor bijective \(f:A\to A\), cu \(\operatorname{card}A=n\): \(n!\).
  • Numărul funcțiilor injective \(f:A\to B\) (\(n\le m\)): \(A_m^n\).
  • Numere de \(n\) cifre distincte formate cu cifre dintr-o mulțime dată: aranjamente, cu atenție la cifra \(0\) în față.

Exemplul 8.6

Câte numere de două cifre distincte se pot forma cu cifrele \(1,2,3,4\)?
Rezolvare
\(A_4^2=4\cdot3=12\) numere.

↑ Cuprins

8.4Probabilități

Definiția clasică

\[P(A)=\dfrac{\text{numărul cazurilor favorabile}}{\text{numărul cazurilor posibile}},\qquad P(A)\in[0,1].\]

\(P(\emptyset)=0\) (eveniment imposibil), \(P(E)=1\) (eveniment sigur).

\(P(\overline{A})=1-P(A)\);\(P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)\)

Dacă \(A\) și \(B\) sunt incompatibile: \(P(A\cup B)=P(A)+P(B)\). Dacă \(A\) și \(B\) sunt independente: \(P(A\cap B)=P(A)\cdot P(B)\).

Exemplul 8.7

Se aruncă un zar. Care este probabilitatea de a obține un număr par?
Rezolvare
Cazuri posibile: \(6\); favorabile: \(\{2,4,6\}\), adică \(3\). Deci \(P=\dfrac{3}{6}=\dfrac{1}{2}\).

Exemplul 8.8

Se alege la întâmplare un element din mulțimea \(A=\{1,2,\ldots,20\}\). Care este probabilitatea ca elementul ales să fie divizibil cu \(3\)?
Rezolvare
Multiplii lui \(3\) din \(A\): \(3,6,9,12,15,18\), adică \(6\) cazuri favorabile. \(P=\dfrac{6}{20}=\dfrac{3}{10}\).

↑ Cuprins

8.5Matematici financiare

Procente: \(p\%\) din \(x\) este \(\dfrac{p}{100}\cdot x\).

Scumpire cu \(p\%\) Ieftinire cu \(p\%\)
\(x_f=x+\dfrac{p}{100}x=x\left(1+\dfrac{p}{100}\right)\) \(x_f=x-\dfrac{p}{100}x=x\left(1-\dfrac{p}{100}\right)\)

T.V.A. (\(x\) = preț fără TVA, \(p\) = procentul TVA, \(x_f\) = preț final):

\(x_f=x\left(1+\dfrac{p}{100}\right)\),\(x=\dfrac{x_f}{1+\frac{p}{100}}\),\(\text{TVA}=x_f-x\)

Dobânda simplă (\(S\) = suma depusă, \(r\) = rata anuală în %, \(n\) = ani):

\(D=\dfrac{S\cdot r\cdot n}{100}\),\(S_f=S+D=S\left(1+\dfrac{r\cdot n}{100}\right)\)

Dobânda compusă:

\(S_f=S\left(1+\dfrac{r}{100}\right)^n\),\(D=S\left[\left(1+\dfrac{r}{100}\right)^n-1\right]\)

Exemplul 8.9

Un produs costă \(250\) lei și se scumpește cu \(20\%\). Cât costă după scumpire?
Rezolvare
\(250\cdot\left(1+\dfrac{20}{100}\right)=250\cdot1{,}2=300\) lei.

Exemplul 8.10

Ce sumă se obține după \(2\) ani dacă se depun \(1000\) lei cu dobândă compusă de \(10\%\) pe an?
Rezolvare
\(S_f=1000\cdot(1{,}1)^2=1000\cdot1{,}21=1210\) lei.

Exemplul 8.11

Prețul unui produs, TVA inclus, este \(119\) lei, iar cota TVA este \(19\%\). Care este prețul fără TVA?
Rezolvare
\(x=\dfrac{119}{1{,}19}=100\) lei, deci TVA-ul este \(19\) lei.

Atenție!

O scumpire cu \(20\%\) urmată de o ieftinire cu \(20\%\) nu readuce prețul inițial: \(x\cdot1{,}2\cdot0{,}8=0{,}96x\), adică prețul scade cu \(4\%\).

↑ Cuprins

Capitol din culegerea Formule esențiale – clasele IX–XII, Bacalaureat, autor prof. Andrei Dobre (Math Academy®).