Principiul incluziunii si excluziunii. Generarea şi ordonarea permutărilor. Principiul porumbeilor. Pri

Σχετικά έγγραφα
Curs 4 Serii de numere reale

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Curs 1 Şiruri de numere reale

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Subiecte Clasa a VIII-a

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Integrala nedefinită (primitive)

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Curs 2 Şiruri de numere reale

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Capitolul 4 PROPRIETĂŢI TOPOLOGICE ŞI DE NUMĂRARE ALE LUI R. 4.1 Proprietăţi topologice ale lui R Puncte de acumulare

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Lucrare. Varianta aprilie I 1 Definiţi noţiunile de număr prim şi număr ireductibil. Soluţie. Vezi Curs 6 Definiţiile 1 şi 2. sau p b.

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Subiecte Clasa a VII-a

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Criptosisteme cu cheie publică III

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

riptografie şi Securitate

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Laborator 1: INTRODUCERE ÎN ALGORITMI. Întocmit de: Claudia Pârloagă. Îndrumător: Asist. Drd. Gabriel Danciu

Progresii aritmetice si geometrice. Progresia aritmetica.

Examen AG. Student:... Grupa: ianuarie 2016

CURS 11: ALGEBRĂ Spaţii liniare euclidiene. Produs scalar real. Spaţiu euclidian. Produs scalar complex. Spaţiu unitar. Noţiunea de normă.

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

Matrice. Determinanti. Sisteme liniare

Metode de sortare. Se dau n numere întregi, elemente ale unui vector a. Se cere să se aranjeze elementele vectorului a în ordine crescătoare.

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011

Să se arate că n este număr par. Dan Nedeianu

MARCAREA REZISTOARELOR

III. Reprezentarea informaţiei în sistemele de calcul

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Subiecte Clasa a VIII-a

COMBINATORICĂ. Mulţimile ordonate care se formează cu n elemente din n elemente date se numesc permutări. Pn Proprietăţi

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Funcţii Ciudate. Beniamin Bogoşel

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

8 Intervale de încredere

SUBGRUPURI CLASICE. 1. SUBGRUPURI recapitulare

Rădăcini primitive modulo n

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Geometrie computationala 2. Preliminarii geometrice

Laborator 6. Integrarea ecuaţiilor diferenţiale

( ) ( ) ( ) Funcţii diferenţiabile. cos x cos x 2. Fie D R o mulţime deschisă f : D R şi x0 D. Funcţia f este

Definiţia 1.1 Fiind date mulţimile A (alfabetul sursă) şi B (alfabetul cod), o codificare

Subiecte Clasa a V-a

Cursul 11. Cuplaje. Sisteme de reprezentanti distincţi. Arbori de acoperire. Enumerarea tuturor arborilor cu număr fixat de noduri.

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

Proiectarea Algoritmilor 2. Scheme de algoritmi Divide & Impera

MULTIMEA NUMERELOR REALE

O generalizare a unei probleme de algebră dată la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană, 2013

decembrie 2016 Grafuri. Noţiuni fundamentale. Grafuri euleriene şi grafuri hamilto

Al cincilea baraj de selecţie pentru OBMJ Bucureşti, 28 mai 2015

Criterii de comutativitate a grupurilor

Capitolul II. Grupuri. II.1. Grupuri; subgrupuri; divizori normali; grupuri factor

Grafuri planare Colorarea grafurilor. Curs 12. Grafuri planare. Colorarea grafurilor. Polinoame cromatice. 23 decembrie 2016.


Sisteme liniare - metode directe

CONCURSUL INTERJUDEȚEAN DE MATEMATICĂ TRAIAN LALESCU, 2017 Clasa a V-a

Ecuatii exponentiale. Ecuatia ce contine variabila necunoscuta la exponentul puterii se numeste ecuatie exponentiala. a x = b, (1)

Universitatea din Bucureşti Facultatea de Matematică şi Informatică. Algebră (1)

Probleme pentru clasa a XI-a

Metode Runge-Kutta. 18 ianuarie Probleme scalare, pas constant. Dorim să aproximăm soluţia problemei Cauchy

z a + c 0 + c 1 (z a)

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

Introducere în combinatoric

a) (3p) Sa se calculeze XY A. b) (4p) Sa se calculeze determinantul si rangul matricei A. c) (3p) Sa se calculeze A.

Aritmetică. 1 Mulţimea numerelor naturale

TEMA 9: FUNCȚII DE MAI MULTE VARIABILE. Obiective:

Proiectarea algoritmilor: Programare dinamică

Principiul Inductiei Matematice.

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

Transcript:

Generarea şi ordonarea permutărilor. Principiul porumbeilor. Principiul incluziunii si excluziunii

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente.

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente. Un aranjament de n luate câte r (sau r-permutare) a lui A este o secvenţă ordonată de elemente din A.

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente. Un aranjament de n luate câte r (sau r-permutare) a lui A este o secvenţă ordonată de elemente din A. O permutare a lui A este o secvenţă ordonată a tuturor elementelor din A.

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente. Un aranjament de n luate câte r (sau r-permutare) a lui A este o secvenţă ordonată de elemente din A. O permutare a lui A este o secvenţă ordonată a tuturor elementelor din A. O combinare de n luate câte r a lui A este o submulţime cu r elemente din A.

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente. Un aranjament de n luate câte r (sau r-permutare) a lui A este o secvenţă ordonată de elemente din A. O permutare a lui A este o secvenţă ordonată a tuturor elementelor din A. O combinare de n luate câte r a lui A este o submulţime cu r elemente din A. Exemplu (A = {a 1, a 2, a 3 }) 2-permutările lui A sunt (ordinea contează!): 2-combinările lui A sunt (ordinea nu contează!): Permutările lui A sunt:

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente. Un aranjament de n luate câte r (sau r-permutare) a lui A este o secvenţă ordonată de elemente din A. O permutare a lui A este o secvenţă ordonată a tuturor elementelor din A. O combinare de n luate câte r a lui A este o submulţime cu r elemente din A. Exemplu (A = {a 1, a 2, a 3 }) 2-permutările lui A sunt (ordinea contează!): a 1, a 2, a 2, a 1, a 1, a 3, a 3, a 1, a 2, a 3, a 3, a 1 2-combinările lui A sunt (ordinea nu contează!): Permutările lui A sunt:

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente. Un aranjament de n luate câte r (sau r-permutare) a lui A este o secvenţă ordonată de elemente din A. O permutare a lui A este o secvenţă ordonată a tuturor elementelor din A. O combinare de n luate câte r a lui A este o submulţime cu r elemente din A. Exemplu (A = {a 1, a 2, a 3 }) 2-permutările lui A sunt (ordinea contează!): a 1, a 2, a 2, a 1, a 1, a 3, a 3, a 1, a 2, a 3, a 3, a 1 2-combinările lui A sunt (ordinea nu contează!): {a 1, a 2 }, {a 1, a 3 }, {a 2, a 3 } Permutările lui A sunt:

Recapitulare din cursul trecut Presupunem că A este o mulţime cu n elemente. Un aranjament de n luate câte r (sau r-permutare) a lui A este o secvenţă ordonată de elemente din A. O permutare a lui A este o secvenţă ordonată a tuturor elementelor din A. O combinare de n luate câte r a lui A este o submulţime cu r elemente din A. Exemplu (A = {a 1, a 2, a 3 }) 2-permutările lui A sunt (ordinea contează!): a 1, a 2, a 2, a 1, a 1, a 3, a 3, a 1, a 2, a 3, a 3, a 1 2-combinările lui A sunt (ordinea nu contează!): {a 1, a 2 }, {a 1, a 3 }, {a 2, a 3 } Permutările lui A sunt: a 1, a 2, a 3, a 1, a 3, a 2, a 2, a 1, a 3, a 2, a 3, a 1, a 3, a 1, a 2, a 3, a 2, a 1

Operaţii cu aranjamente şi permutări În prima parte a acestui curs vom învăţa: Cum să ordonăm permutările încât să putem vorbi despre prima permutare, a doua, etc. Cum să generăm permutarea care urmează după o permutare dată Cum să generăm direct a k-a permutare Cum să determinăm a câta este o permutare dată

Relaţii de ordine pentru r-permutări Presupunem că A este o mulţime finită cu n elemente. 1 Mai întâi ordonăm elementele mulţimii A A = {a 1, a 2,..., a n } unde a 1 = primul element... a n = al n-lea element. A devine o mulţime ordonată (un alfabet) în care a 1 < a 2 <... < a n. 2 r-permutările sunt cuvinte b 1,..., b r de lungime r pe care le ordonăm ca şi cuvintele din dicţionar, de exemplu: a 1, a 2 < a 1, a 3 < a 2, a 1 <... Această ordonare a r-permutărilor se numeşte ordonare lexicografică: b 1,..., b r < c 1,..., c r dacă există o poziţie k astfel încât b i = c i pentru 1 i < k, şi b k < c k.

Relaţii de ordine pentru r-permutări Observaţii preliminare Fie A = {a 1,..., a n } o mulţime ordonată cu a 1 <... < a n şi N = {1, 2,..., n}. 1 r-permutările lui A sunt cuvinte de forma a i1,..., a ir cu i 1,..., i r N. 2 a i1,..., a ir este o r-permutare a lui A dacă şi numai dacă (i 1,..., i r ) este o r-permutare a lui N. 3 a i1,..., a ir < a j1,..., a jr dacă şi numai dacă i 1,..., i r < j 1,..., j r. este suficient să ştim cum să ordonăm şi să enumerăm r-permutări de numere din mulţimea N. De acum încolo vom considera doar r-permutări ale mulţimii ordonate A = {1,..., n}.

Rangul unei r-permutări Rangul unei r-permutări este poziţia la care apare r-permutarea în ordine lexicografică, pornind de la poziţia 0. Exemplu (A = {1, 2, 3}) 2-permutare rang permutare rang 1, 2 0 1, 2, 3 0 1, 3 1 1, 3, 2 1 2, 1 2 2, 1, 3 2 2, 3 3 2, 3, 1 3 3, 1 4 3, 1, 2 4 3, 2 5 3, 2, 1 5

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare 5, 1, 3, 2, 4 5, 2, 4, 3, 1 5, 4, 3, 2, 1 permutare următoare

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare permutare următoare 5, 1, 3, 2, 4 5, 1, 3, 4, 2 5, 2, 4, 3, 1 5, 4, 3, 2, 1

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare permutare următoare 5, 1, 3, 2, 4 5, 1, 3, 4, 2 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 1, 2, 4 5, 4, 3, 2, 1

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare permutare următoare 5, 1, 3, 2, 4 5, 1, 3, 4, 2 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 1, 2, 4 5, 4, 3, 2, 1 nu există

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare permutare următoare 5, 1, 3, 2, 4 5, 1, 3, 4, 2 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 1, 2, 4 5, 4, 3, 2, 1 nu există Permutarea care urmează după p 1,..., p n se poate calcula astfel:

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare permutare următoare 5, 1, 3, 2, 4 5, 1, 3, 4, 2 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 1, 2, 4 5, 4, 3, 2, 1 nu există Permutarea care urmează după p 1,..., p n se poate calcula astfel: 1 Determină i astfel încât p i >... > p n este cel mai lung sufix descrescător al permutării p 1,..., p n

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare permutare următoare 5, 1, 3, 2, 4 5, 1, 3, 4, 2 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 1, 2, 4 5, 4, 3, 2, 1 nu există Permutarea care urmează după p 1,..., p n se poate calcula astfel: 1 Determină i astfel încât p i >... > p n este cel mai lung sufix descrescător al permutării p 1,..., p n 2 Detemină j i astfel încât p j este cel mai mic număr mai mare decât p i 1.

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Problemă Cum putem calcula permutarea lui N = {1,..., n} care urmează după permutarea p 1,..., p n în ordine lexicografică? Exemplu (N = {1, 2, 3, 4, 5}) permutare permutare următoare 5, 1, 3, 2, 4 5, 1, 3, 4, 2 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 1, 2, 4 5, 4, 3, 2, 1 nu există Permutarea care urmează după p 1,..., p n se poate calcula astfel: 1 Determină i astfel încât p i >... > p n este cel mai lung sufix descrescător al permutării p 1,..., p n 2 Detemină j i astfel încât p j este cel mai mic număr mai mare decât p i 1. 3 Permută p j cu p i 1, şi apoi inversează sufixul p i,..., p n.

Operaţii cu permutări Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Exemplu p 1, p 2, p 3, p 4, p 5 = 5, 2, 4, 3, 1

Operaţii cu permutări Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Exemplu p 1, p 2, p 3, p 4, p 5 = 5, 2, 4, 3, 1 5, 2, 4, 3, 1 i = 3

Operaţii cu permutări Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Exemplu p 1, p 2, p 3, p 4, p 5 = 5, 2, 4, 3, 1 5, 2, 4, 3, 1 permută p i 1 = 2 cu p j = 3 i = 3 j = 4

Operaţii cu permutări Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Exemplu p 1, p 2, p 3, p 4, p 5 = 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 4, 2, 1 inversează p i,..., p n = 4, 2, 1 i = 3

Operaţii cu permutări Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Exemplu p 1, p 2, p 3, p 4, p 5 = 5, 2, 4, 3, 1 5, 3, 1, 2, 4 = permutarea următoare

Enumerarea permutărilor în ordine lexicografică Pseudocod PermutareUrmatoare(p: int[0.. n 1]) i := n 2; while (p[i] > p[i + 1]) i--; j := n 1; while (p[j] < p[i]) j--; // permuta valorile lui p[i] si p[j] tmp := p[i]; p[i] := p[j]; p[j] := tmp; // inverseaza (p[i+1],..., p[n-1]) for (k := 0; k < (n i 1)/2 ; k++) // swap p[i + 1 + k] with p[n 1 k] tmp := p[i + 1 + k]; p[i + 1 + k] := p[n 1 k]; p[n 1 k] := tmp; return p;

Operaţii cu permutări Probleme 1 Cum putem calcula direct şi eficient rangul unei permutări p 1,..., p n a lui N = {1,..., n} într-o enumerare lexicografică? 2 Cum putem calcula direct şi eficient permutarea p 1,..., p n lui N = {1,..., n} care are rangul k? Presupunem că 0 k < n!

Calculul rangului unei permutări Fie r rangul permutării p 1,..., p n. Dacă p 1 = 1 atunci 0 r < (n 1)! Dacă p 1 = 2 atunci (n 1)! r < 2 (n 1)!... Dacă p 1 = k atunci (k 1) (n 1)! r < k (n 1)!... Dacă p 1 = n atunci (n 1) (n 1)! r < n (n 1)! = n!

Calculul rangului unei permutări Fie r rangul permutării p 1,..., p n. Dacă p 1 = 1 atunci 0 r < (n 1)! Dacă p 1 = 2 atunci (n 1)! r < 2 (n 1)!... Dacă p 1 = k atunci (k 1) (n 1)! r < k (n 1)!... Dacă p 1 = n atunci (n 1) (n 1)! r < n (n 1)! = n! în general, (p 1 1) (n 1)! r < p 1 (n 1)!

Calculul rangului unei permutări Fie r rangul permutării p 1,..., p n. Dacă p 1 = 1 atunci 0 r < (n 1)! Dacă p 1 = 2 atunci (n 1)! r < 2 (n 1)!... Dacă p 1 = k atunci (k 1) (n 1)! r < k (n 1)!... Dacă p 1 = n atunci (n 1) (n 1)! r < n (n 1)! = n! în general, (p 1 1) (n 1)! r < p 1 (n 1)! rangul lui p 1,..., p n = (p 1 1) (n 1)! + rangul lui p 2,..., p n în enumerarea lexicografică a permutărilor lui N {p 1 }

Calculul rangului unei permutări Fie r rangul permutării p 1,..., p n. Dacă p 1 = 1 atunci 0 r < (n 1)! Dacă p 1 = 2 atunci (n 1)! r < 2 (n 1)!... Dacă p 1 = k atunci (k 1) (n 1)! r < k (n 1)!... Dacă p 1 = n atunci (n 1) (n 1)! r < n (n 1)! = n! în general, (p 1 1) (n 1)! r < p 1 (n 1)! rangul lui p 1,..., p n = (p 1 1) (n 1)! + rangul lui p 2,..., p n în enumerarea lexicografică a permutărilor lui N {p 1 } r se poate calcula recursiv.

Calculul rangului unei permutări Exemplu Permutarea p 1, p 2, p 3, p 4, p 5 = 2, 3, 1, 5, 4 are rangul r = (2 1) (5 1)!+ rangul lui 3, 1, 5, 4 în ordonarea lexicografică a permutărilor lui {1, 3, 4, 5}. rangul lui 3, 1, 5, 4 în ordonarea lexicografică a permutărilor lui {1, 3, 4, 5} este acelaşi cu rangul lui 2, 1, 4, 3 în ordonarea lexicografică a permutărilor lui {1, 2, 3, 4} (am micşorat cu 1 toate elementele mai mari decât p 1 = 2) Procedând recursiv, vom obţine că rangul lui 2, 1, 4, 3 este 7. rangul lui 2, 3, 1, 5, 4 este 24 + 7 = 31.

Calculul rangului unei permutări Pseudocod Rang(p : int[0.. n 1]) if n == 1 return 0 else q : int[0.. n 2]; // ajusteaza p[1..n-1] sa fie permutare a lui {1,..., n 1} // memorata in q[0.. n 2] for(i := 1; i n 1; i++) if(p[i] < p[0]) q[i 1] = p[i]; else q[i 1] = p[i] 1; return Rang[q] + (p[0] 1) (n 1)!

Calculul unei permutări cu rang dat Se doreşte un algoritm care construieşte direct permutarea (p 1,..., p n ) cu rangul r, când 0 r < n!. Am observat deja că dacă permutarea (p 1,..., p n ) are rangul r, atunci (p 1 1) (n 1)! r < p 1 (n 1)! r p 1 = + 1 (n 1)! Dacă (q 1,..., q n 1 ) este permutarea cu rangul r (p 1 1) (n 1)! atunci { qi dacă q p i+1 = i < p 1, q i + 1 dacă q i p 1. pentru fiecare subsecvenţă.

Algoritmi de generare rapidă a tuturor permutărilor (Opţional) Generarea tuturor permutărilor se poate face şi în altă ordine decât cea lexicografică. Uneori se doreşte generarea foarte rapidă a tuturor permutărilor: Acest lucru este posibil dacă fiecare permutare se obţine foarte rapid din cea precedentă. În 1963, Heap a descoperit un algoritm care generează permutarea următoare a unei permutări prin interschimbarea valorilor a 2 elemente. Algoritmul lui Heap este cel mai rapid algoritm de generare a tuturor permutărilor.

Generarea rapidă a permutărilor cu algoritmul lui Heap (Opţional) for(i := 1; i n; i++) p[i] := i for(c := 1; c n; c++) 1. generează toate permutările lui p[1],..., p[n 1] fără a-l modifica pe p[n]; (la sfârşitul pasului 1, p conţine ultima permutare generată) 2. permută p[n] cu elementul p[f { (n, c)] 1 dacă n este impar, unde f (n, c) = c dacă n este par.

Generarea rapidă a permutărilor cu algoritmul lui Heap (Opţional) for(i := 1; i n; i++) p[i] := i for(c := 1; c n; c++) 1. generează toate permutările lui p[1],..., p[n 1] fără a-l modifica pe p[n]; (la sfârşitul pasului 1, p conţine ultima permutare generată) 2. permută p[n] cu elementul p[f { (n, c)] 1 dacă n este impar, unde f (n, c) = c dacă n este par. Algoritmul lui Heap generează toate permutările lui {1,..., n} într-o ordine diferită de cea lexicografică.

Generarea rapidă a permutărilor cu algoritmul lui Heap (Opţional) for(i := 1; i n; i++) p[i] := i for(c := 1; c n; c++) 1. generează toate permutările lui p[1],..., p[n 1] fără a-l modifica pe p[n]; (la sfârşitul pasului 1, p conţine ultima permutare generată) 2. permută p[n] cu elementul p[f { (n, c)] 1 dacă n este impar, unde f (n, c) = c dacă n este par. Algoritmul lui Heap generează toate permutările lui {1,..., n} într-o ordine diferită de cea lexicografică. Fiecare permutare diferă de cea precedentă printr-o transpoziţie (adică, o interschimbare a valorilor a 2 elemente).

Generarea rapidă a permutărilor cu algoritmul lui Heap (Opţional) for(i := 1; i n; i++) p[i] := i for(c := 1; c n; c++) 1. generează toate permutările lui p[1],..., p[n 1] fără a-l modifica pe p[n]; (la sfârşitul pasului 1, p conţine ultima permutare generată) 2. permută p[n] cu elementul p[f { (n, c)] 1 dacă n este impar, unde f (n, c) = c dacă n este par. Algoritmul lui Heap generează toate permutările lui {1,..., n} într-o ordine diferită de cea lexicografică. Fiecare permutare diferă de cea precedentă printr-o transpoziţie (adică, o interschimbare a valorilor a 2 elemente). Exemplu Algoritmul lui Heap enumeră permutările lui {1, 2, 3} în ordinea următoare: 1, 2, 3, 2, 1, 3, 3, 1, 2, 1, 3, 2, 2, 3, 1, 3, 2, 1

Exerciţii 1 Să se implementeze un program care citeşte o secvenţă de n numere şi apoi afişează: este permutare dacă secvenţa respectivă este o permutare a lui {1,..., n} nu este permutare în caz contrar. 2 Să se implementeze un program care citeşte numerele n şi r {0, 1,..., n! 1} şi afişează permutarea lui {1,..., n} care are rangul r. 3 Să se implementeze un program care citeşte o permutare a lui {1,..., n} şi afişează rangul permutării respective. 4 Scrieţi un program care citeşte o permutare a 1,..., a n şi calculează inversa ei, adică permutarea b 1,..., b n astfel încât b ai = a bi = i pentru orice 1 i n.

Exerciţii 1 Scrieţi un program care citeşte o permutare şi calculează permutarea următoare în ordine lexicografică. 2 Scrieţi un program care citeşte o permutare şi calculează permutarea precedentă în ordine lexicografică.

Principiul porumbeilor Exemplu Presupunem că un cârd de 13 porumbei ocupă o cuşcă cu 12 adăposturi. Numărul de adăposturi este mai mic decât numărul de porumbei cel puţin un adăpost va fi ocupat de cel puţin 2 porumbei.

Principiul porumbeilor Exemplu Presupunem că un cârd de 13 porumbei ocupă o cuşcă cu 12 adăposturi. Numărul de adăposturi este mai mic decât numărul de porumbei cel puţin un adăpost va fi ocupat de cel puţin 2 porumbei. Principiul porumbeilor (sau Principiul lui Dirichlet) Fie n un număr întreg pozitiv. Dacă mai mult de n obiecte sunt distribuite în n containere, atunci un container trebuie să conţină cel puţin 2 obiecte.

Principiul porumbeilor Applicaţii în raţionamentul combinatorial Stabilirea existenţei unei anumite configuraţii sau combinări în diverse situaţii. 1 Presupunem că sunt 367 studenţi înscrişi la cursul de istorie. Atunci cel puţin 2 studenţi au aceeaşi zi de naştere. Demonstraţie. Numărul de studenţi este mai mare decât numărul de zile calendaristice. Conform pricipiului porumbeilor, cel puţin 2 studenţi sunt născuţi în aceeaşi zi calendaristică. 2 n pugilişti concurează într-un turneu care prevede un meci între fiecare pereche de pugilişti. Fiecare pugilist a pierdut cel puţin un meci. Atunci cel puţin 2 pugilişti au obţinut acelaşi număr de victorii. Demonstraţie. Sunt n pugilişti, şi fiecare pugilist are între 0 şi n 2 victorii. (Observaţi că nici un pugilist nu are n 1 victorii deoarece ştim că fiecare a pierdut cel puţin un meci.) Conform principiului porumbeilor, cel puţin 2 pugilişti au acelaşi număr de victorii.

Principiul porumbeilor Generalizare: Fie m şi n întregi pozitivi. Dacă mai mult decât m n obiecte sunt distribuite în n containere, atunci cel puţin un container trebue să conţină cel puţin m + 1 obiecte. Demonstraţie: prin contradicţie. Dacă punem cel mult m obiecte în fiecare container, atunci numărul total de obiecte ar fi cel mult m n. Teoremă Dacă a 1, a 2,..., a n R şi µ = a 1 + a 2 +... + a n, atunci există întregii i n şi j cu 1 i, j n astfel încât a i µ şi a j µ. Demonstraţie: prin contradicţie. Dacă fiecare element este strict mai mare decât µ atunci µ = (a 1 + a 2 +... +a n )/n > n µ n = µ, contradicţie a i µ. Dacă fiecare element este strict mai mic decât µ atunci µ = (a 1 + a 2 +... +a n )/n < n µ n = µ, contradicţie a j µ.

Principiul porumbeilor Aplicaţia 1: Subsecvenţe monotone Definiţie (Secvenţă monotonă) O secvenţă a 1, a 2,..., a n este crescătoare dacă a 1 a 2... a n strict crescătoare dacă a 1 < a 2 <... < a n descrescătoare dacă a 1 a 2... a n strict descrescătoare dacă a 1 > a 2 >... > a n Fie secvenţa 3, 5, 8, 10, 6, 1, 9, 2, 7, 4. Care sunt subsecvenţele crescătoare de lungime maximă? (3, 5, 8, 10), (3, 5, 8, 9), (3, 5, 6, 7), (3, 5, 6, 9) Care sunt subsecvenţele descrescătoare de lungime maximă? (10, 9, 7, 4)

Principiul porumbeilor Aplicaţia 1: Subsecvenţe monotone (continuare) Teoremă Presupunem că m, n N {0}. O secvenţă cu mai mult de m n numere reale trebuie să conţină fie o subsecvenţă crescătoare de lungime cel puţin m + 1, sau o subsecvenţă strict descrescătoare de lungime cel puţin n + 1. Demonstraţie. Pentru fiecare 1 i m n + 1, fie r 1, r 2,..., r m n+1 a i :=lungimea celei mai lungi subsecvenţe crescătoare ce începe cu r i d i :=lungimea celei mai lungi subsecvenţe strict descrescătoare ce începe cu r i De exemplu, dacă secvenţa este 3, 5, 8, 10, 6, 1, 9, 2, 7, 4 atunci a 2 = 3 (pentru subsecvenţa 5, 8, 10 sau 5, 8, 9) d 2 = 2 (pentru subsecvenţa 5, 1 sau 5, 2 sau 5, 4)

Principiul porumbeilor Aplicaţia 1: Subsecvenţe monotone (Demo. continuată) Presupunem că teorema este falsă 1 a i m şi 1 d i n perechea (a i, d i ) are m n valori posibile. Există m n + 1 perechi i < j cu (a i, d i ) = (a j, d j ). Dacă i < j şi (a i, d i ) = (a j, d j ) atunci 1 Lungimea maximă a subsecvenţelor crescătoare ce pornesc din r i şi din r j este a i. 2 Lungimea maximă a subsecvenţelor strict descrescătoare ce pornesc din r i şi din r j este d i. Acest lucru este imposibil fiindcă lungime a i {}}{ 1 dacă r i r j atunci r i r j... }{{} lungime a i +1 lungime d i {}}{ 2 Dacă r i > r j atunci r i > r j >.... }{{} lungime d i +1

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim:

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim: x := cel mai mare întreg m astfel încât m x.

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim: x := cel mai mare întreg m astfel încât m x. x := cel mai mic întreg m astfel încât x m.

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim: x := cel mai mare întreg m astfel încât m x. x := cel mai mic întreg m astfel încât x m. Partea fracţionară a lui x: {x} := x x

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim: x := cel mai mare întreg m astfel încât m x. x := cel mai mic întreg m astfel încât x m. Partea fracţionară a lui x: {x} := x x Un număr iraţional este un număr care nu este rezultatul împărţirii a doi întregi.

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim: x := cel mai mare întreg m astfel încât m x. x := cel mai mic întreg m astfel încât x m. Partea fracţionară a lui x: {x} := x x Un număr iraţional este un număr care nu este rezultatul împărţirii a doi întregi. Exemple: π = 3.14159265..., e = 2.7182818..., etc.

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim: x := cel mai mare întreg m astfel încât m x. x := cel mai mic întreg m astfel încât x m. Partea fracţionară a lui x: {x} := x x Un număr iraţional este un număr care nu este rezultatul împărţirii a doi întregi. Exemple: π = 3.14159265..., e = 2.7182818..., etc. Dacă α este un număr iraţional şi Q N {0}, cât de bine putem aproxima α cu un număr raţional p q unde 1 q Q?

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale Pentru fiecare număr real x R definim: x := cel mai mare întreg m astfel încât m x. x := cel mai mic întreg m astfel încât x m. Partea fracţionară a lui x: {x} := x x Un număr iraţional este un număr care nu este rezultatul împărţirii a doi întregi. Exemple: π = 3.14159265..., e = 2.7182818..., etc. Dacă α este un număr iraţional şi Q N {0}, cât de bine putem aproxima α cu un număr raţional p q unde 1 q Q? Cât de mic poate deveni α p când 1 q Q? q

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea cu numere raţionale (2) Teoremă (Teorema de aproximare a lui Dirichlet) Dacă α este un număr iraţional şi Q un întreg pozitiv, atunci există un număr raţional p/q cu 1 q Q astfel încât α p q 1 q (Q + 1). Demonstraţie. Împărţim intervalul [0, 1] în Q + 1 subintervale de lungimi egale: [ ) [ ) [ ] 1 1 0,, Q + 1 Q + 1, 2 Q,..., Q + 1 Q + 1, 1 şi următoarele Q + 2 numere reale: r 1 = 0, r 2 = {α}, {2α},..., r Q+1 = {Qα}, r Q+2 = 1

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea numerelor raţionale (2) Avem Q + 2 numere în Q + 1 intervale

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea numerelor raţionale (2) Avem Q + 2 numere în Q + 1 intervale există i < j cu r i, r j în acelaşi interval

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea numerelor raţionale (2) Avem Q + 2 numere în Q + 1 intervale există i < j cu r i, r j în acelaşi interval r i r j 1 Q+1. Se observă că (i, j) (1, Q + 2)

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea numerelor raţionale (2) Avem Q + 2 numere în Q + 1 intervale există i < j cu r i, r j în acelaşi interval r i r j 1 Q+1. Se observă că (i, j) (1, Q + 2) Deasemenea r 1 = 0 α 0 r i = (i 1) α (i 1)α dacă 2 i Q + 1 r Q+2 = 0 α ( 1)

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea numerelor raţionale (2) Avem Q + 2 numere în Q + 1 intervale există i < j cu r i, r j în acelaşi interval r i r j 1 Q+1. Se observă că (i, j) (1, Q + 2) Deasemenea r 1 = 0 α 0 r i = (i 1) α (i 1)α dacă 2 i Q + 1 r Q+2 = 0 α ( 1) fiecare r i este u i α v i cu u i, v i Z, şi dacă i < j atunci u i = u j numai dacă (i, j) = (1, Q + 2).

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea numerelor raţionale (2) Avem Q + 2 numere în Q + 1 intervale există i < j cu r i, r j în acelaşi interval r i r j 1 Q+1. Se observă că (i, j) (1, Q + 2) Deasemenea r 1 = 0 α 0 r i = (i 1) α (i 1)α dacă 2 i Q + 1 r Q+2 = 0 α ( 1) fiecare r i este u i α v i cu u i, v i Z, şi dacă i < j atunci u i = u j numai dacă (i, j) = (1, Q + 2). r i r j = (u i u j )α (v i v j ) = u i u j }{{} q [1,Q] α v i v j u i u j }{{} p q 1 Q+1.

Principiul porumbeilor Aplicaţia 2: Aproximarea numerelor raţionale (2) Avem Q + 2 numere în Q + 1 intervale există i < j cu r i, r j în acelaşi interval r i r j 1 Q+1. Se observă că (i, j) (1, Q + 2) Deasemenea r 1 = 0 α 0 r i = (i 1) α (i 1)α dacă 2 i Q + 1 r Q+2 = 0 α ( 1) fiecare r i este u i α v i cu u i, v i Z, şi dacă i < j atunci u i = u j numai dacă (i, j) = (1, Q + 2). r i r j = (u i u j )α (v i v j ) = u i u j }{{} q [1,Q] α v i v j u i u j }{{} p q 1 Q+1. Deci α p q 1 q (Q + 1).

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Exemple ilustrative Presupunem că un sertar conţine 50 de mărgele: 25 sunt de sticlă, 30 sunt roşii, 20 sunt sferice, 18 sunt de sticlă roşie, 12 sunt sferice de sticlă, 15 sunt sferice roşii, şi 8 sunt sferice de sticlă roşie. Câte mărgele există care nu sunt nici roşii, nici de sticlă şi nici sferice? Răspuns: Desenăm o diagramă Venn cu 3 mulţimi: mulţimea G a mărgelelor de sticlă, R a mărgelelor roşii, şi S a mărgelelor sferice. Observaţie. G R S = G + R + S G R G S R S + G R S.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Ipoteze: U: o mulţime universală cu N elemente a 1,..., a r : proprietăţi ale elementelor mulţimii U N(a i1 a i2... a im ): numărul obiectelor din U care au simultan proprietăţile a i1, a i2,..., a im. N 0 : numărul obiectelor din U care nu au nici una din aceste proprietăţi. Teoremă (Principiul Incluziunii şi Excluziunii) N 0 = N N(a i ) + i i<j + ( 1) m N(a i a j ) i<j<k N(a i a j a k ) +... i 1 < <i m N(a i1... a im ) +... + ( 1) r N(a 1 a 2... a r ).

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 1: Numere divizibile cu 2 numere relativ prime Exemplu Câte numere cuprinse între 50 şi 213 sunt divizibile cu 5 şi 12?

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 1: Numere divizibile cu 2 numere relativ prime Exemplu Câte numere cuprinse între 50 şi 213 sunt divizibile cu 5 şi 12? Fie U = {n 50 n 213}. Numărul de elemente al lui U este N = 213 50 + 1 = 164. a 1 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 5. a 2 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 12.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 1: Numere divizibile cu 2 numere relativ prime Exemplu Câte numere cuprinse între 50 şi 213 sunt divizibile cu 5 şi 12? Fie U = {n 50 n 213}. Numărul de elemente al lui U este N = 213 50 + 1 = 164. a 1 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 5. a 2 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 12. Primul număr din U divizibil cu 5 este 50 = 5 10. Ultimul număr din U divizibil cu 5 este 210 = 5 42 N(a 1 ) = 42 10 + 1 = 33.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 1: Numere divizibile cu 2 numere relativ prime Exemplu Câte numere cuprinse între 50 şi 213 sunt divizibile cu 5 şi 12? Fie U = {n 50 n 213}. Numărul de elemente al lui U este N = 213 50 + 1 = 164. a 1 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 5. a 2 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 12. Primul număr din U divizibil cu 5 este 50 = 5 10. Ultimul număr din U divizibil cu 5 este 210 = 5 42 N(a 1 ) = 42 10 + 1 = 33. Primul număr din U divizibil cu 12 este 60 = 12 5. Ultimul număr din U divizibil cu 12 este 204 = 12 17 N(a 2 ) = 17 5 + 1 = 13.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 1: Numere divizibile cu 2 numere relativ prime Exemplu Câte numere cuprinse între 50 şi 213 sunt divizibile cu 5 şi 12? Fie U = {n 50 n 213}. Numărul de elemente al lui U este N = 213 50 + 1 = 164. a 1 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 5. a 2 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 12. Primul număr din U divizibil cu 5 este 50 = 5 10. Ultimul număr din U divizibil cu 5 este 210 = 5 42 N(a 1 ) = 42 10 + 1 = 33. Primul număr din U divizibil cu 12 este 60 = 12 5. Ultimul număr din U divizibil cu 12 este 204 = 12 17 N(a 2 ) = 17 5 + 1 = 13. Un număr are simultan proprietăţile a 1 şi a 2 dacă este divizibil cu 5 12 = 60. Primul număr din U divizibil cu 60 este 60 = 60 1. Ultimul număr din U divizibil cu 60 este 180 = 60 3 N(a 1 a 2 ) = 3 1 + 1 = 3.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 1: Numere divizibile cu 2 numere relativ prime Exemplu Câte numere cuprinse între 50 şi 213 sunt divizibile cu 5 şi 12? Fie U = {n 50 n 213}. Numărul de elemente al lui U este N = 213 50 + 1 = 164. a 1 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 5. a 2 : proprietatea că 50 n 213 şi n este divizibil cu 12. Primul număr din U divizibil cu 5 este 50 = 5 10. Ultimul număr din U divizibil cu 5 este 210 = 5 42 N(a 1 ) = 42 10 + 1 = 33. Primul număr din U divizibil cu 12 este 60 = 12 5. Ultimul număr din U divizibil cu 12 este 204 = 12 17 N(a 2 ) = 17 5 + 1 = 13. Un număr are simultan proprietăţile a 1 şi a 2 dacă este divizibil cu 5 12 = 60. Primul număr din U divizibil cu 60 este 60 = 60 1. Ultimul număr din U divizibil cu 60 este 180 = 60 3 N(a 1 a 2 ) = 3 1 + 1 = 3. Numărul căutat este N(a 1 ) + N(a 2 ) N(a 1 a 2 ) = 33 + 13 3 = 43.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 2: Funcţia ϕ a lui Euler ϕ(n):= numărul întregilor 1 m < n cu gcd(m, n) = 1. Exemplu: ϕ(24) = 8 deoarece sunt 8 intregi între 1 şi 23 care nu au factor comun cu 24: 1,5,7,11,13,17,19,23. ϕ(n) joaca un rol important în teoria numerelor. ϕ(n) poate fi calculată cu Principiul Incluziunii şi Excluziunii: Presupunem că n = p n1 1... pnr r unde p 1,..., p r sunt numere prime distincte, şi n i > 0 pentru 1 i r. Fie a i proprietatea mai mic decât n şi divizibil cu p i (1 i r) ϕ(n) = N 0 = n N(a i ) + N(a i a j ) +... + ( 1) r N(a 1... a r ). i i<j N(a i1..., a im ) este numărul de elemente < n divizibile cu p i1... p im N(a i1... a im ) = n p i1... p im.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 2: Funcţia ϕ a lui Euler ϕ(n) = n i r = n i=1 n p i + i<j (1 1pi ). n +... + ( 1) n n p i p j p 1 p 2... p r ( Exemplu: ϕ(24) = ϕ(2 3 3) = 24 1 1 ) ( 1 1 ) = 8. 2 3

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120?

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Observaţie: Dacă n nu este prim atunci n = a b cu 1 < a b a 2 n, deci a n şi n trebuie să fie divizibil cu un număr prim p n.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Observaţie: Dacă n nu este prim atunci n = a b cu 1 < a b a 2 n, deci a n şi n trebuie să fie divizibil cu un număr prim p n. Criteriu de numărare a numerelor prime < n:

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Observaţie: Dacă n nu este prim atunci n = a b cu 1 < a b a 2 n, deci a n şi n trebuie să fie divizibil cu un număr prim p n. Criteriu de numărare a numerelor prime < n: Începem cu mulţimea N = {1,..., n} şi numărăm N 0 = numărul de elemente rămase după ce se elimină din mulţimea N multiplii de numere prime p n.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Observaţie: Dacă n nu este prim atunci n = a b cu 1 < a b a 2 n, deci a n şi n trebuie să fie divizibil cu un număr prim p n. Criteriu de numărare a numerelor prime < n: Începem cu mulţimea N = {1,..., n} şi numărăm N 0 = numărul de elemente rămase după ce se elimină din mulţimea N multiplii de numere prime p n. Numărul obţinut nu este tocmai cel dorit deoarece nu am numărat numerele prime n am numărat 1

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Observaţie: Dacă n nu este prim atunci n = a b cu 1 < a b a 2 n, deci a n şi n trebuie să fie divizibil cu un număr prim p n. Criteriu de numărare a numerelor prime < n: Începem cu mulţimea N = {1,..., n} şi numărăm N 0 = numărul de elemente rămase după ce se elimină din mulţimea N multiplii de numere prime p n. Numărul obţinut nu este tocmai cel dorit deoarece nu am numărat numerele prime n am numărat 1 Numărul căutat este N 0 + r 1 unde r este numărul numerelor prime n.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120?

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Cel mai mare număr prim 120 este 7

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Cel mai mare număr prim 120 este 7 Considerăm mulţimea universală N = {n N 1 n 120} şi eliminăm din N toate elementele divizible cu un număr prim 7. Altfel spus, eliminăm din N toate elementele care au una din proprietăţile următoare: a 1 = este divizibil cu p 1 = 2 a 2 = este divizibil cu p 2 = 3 a 3 = este divizibil cu p 3 = 5 a 4 = este divizibil cu p 4 = 7 şi obţinem o mulţime M cu N 0 elemente.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Cel mai mare număr prim 120 este 7 Considerăm mulţimea universală N = {n N 1 n 120} şi eliminăm din N toate elementele divizible cu un număr prim 7. Altfel spus, eliminăm din N toate elementele care au una din proprietăţile următoare: a 1 = este divizibil cu p 1 = 2 a 2 = este divizibil cu p 2 = 3 a 3 = este divizibil cu p 3 = 5 a 4 = este divizibil cu p 4 = 7 şi obţinem o mulţime M cu N 0 elemente. Î: Este N 0 numărul pe care-l căutăm?

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Cel mai mare număr prim 120 este 7 Considerăm mulţimea universală N = {n N 1 n 120} şi eliminăm din N toate elementele divizible cu un număr prim 7. Altfel spus, eliminăm din N toate elementele care au una din proprietăţile următoare: a 1 = este divizibil cu p 1 = 2 a 2 = este divizibil cu p 2 = 3 a 3 = este divizibil cu p 3 = 5 a 4 = este divizibil cu p 4 = 7 şi obţinem o mulţime M cu N 0 elemente. Î: Este N 0 numărul pe care-l căutăm? R: Nu tocmai, fiindcă: M conţine toate numerele prime între 1 şi 120, cu excepţia lui p 1 = 2, p 2 = 3, p 3 = 5, p 4 = 7. M conţine 1, care nu este număr prim.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime Câte numere prime sunt între 1 şi 120? Cel mai mare număr prim 120 este 7 Considerăm mulţimea universală N = {n N 1 n 120} şi eliminăm din N toate elementele divizible cu un număr prim 7. Altfel spus, eliminăm din N toate elementele care au una din proprietăţile următoare: a 1 = este divizibil cu p 1 = 2 a 2 = este divizibil cu p 2 = 3 a 3 = este divizibil cu p 3 = 5 a 4 = este divizibil cu p 4 = 7 şi obţinem o mulţime M cu N 0 elemente. Î: Este N 0 numărul pe care-l căutăm? R: Nu tocmai, fiindcă: M conţine toate numerele prime între 1 şi 120, cu excepţia lui p 1 = 2, p 2 = 3, p 3 = 5, p 4 = 7. M conţine 1, care nu este număr prim. Numărul numerelor prime 120 este N 0 + 4 1.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime (continuare) Câte numere prime sunt între 1 şi 120?

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime (continuare) Câte numere prime sunt între 1 şi 120? 4 N 0 = 120 N(a i ) + N(a i a j ) N(a i a j a k ) + N(a 1 a 2 a 3 a 4 ) i=1 i<j i<j<k

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime (continuare) N 0 = 120 Câte numere prime sunt între 1 şi 120? 4 N(a i a j ) N(a i a j a k ) + N(a 1 a 2 a 3 a 4 ) N(a i ) + i=1 i<j i<j<k 120 Observăm că N(a i1... a im ) = p i1... p im (de ce?) De exemplu: N(a 1 ) = 120/2 = 60, N(a 2 ) = 120/3 = 40, N(a 3 ) = 120/5 = 24, N(a 4 ) = 120/7 = 17 N(a 1 a 2 ) = 120/(2 3) = 20, N(a 1 a 3 ) = 120/(2 5) = 12,... N(a 1 a 2 a 3 a 4 ) = 120/(2 3 5 7) = 120/210 = 0

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime (continuare) N 0 = 120 Câte numere prime sunt între 1 şi 120? 4 N(a i a j ) N(a i a j a k ) + N(a 1 a 2 a 3 a 4 ) N(a i ) + i=1 i<j i<j<k 120 Observăm că N(a i1... a im ) = p i1... p im (de ce?) De exemplu: N(a 1 ) = 120/2 = 60, N(a 2 ) = 120/3 = 40, N(a 3 ) = 120/5 = 24, N(a 4 ) = 120/7 = 17 N(a 1 a 2 ) = 120/(2 3) = 20, N(a 1 a 3 ) = 120/(2 5) = 12,... N(a 1 a 2 a 3 a 4 ) = 120/(2 3 5 7) = 120/210 = 0 N 0 = 120 (60 + 40 + 24 + 17) + (20 + 12 + 8 + 8 + 5 + 3) (4 + 2 + 1 + 1) + 0 = 27.

Principiul Incluziunii şi Excluziunii Aplicaţia 3: numărarea numerelor prime (continuare) N 0 = 120 Câte numere prime sunt între 1 şi 120? 4 N(a i a j ) N(a i a j a k ) + N(a 1 a 2 a 3 a 4 ) N(a i ) + i=1 i<j i<j<k 120 Observăm că N(a i1... a im ) = p i1... p im (de ce?) De exemplu: N(a 1 ) = 120/2 = 60, N(a 2 ) = 120/3 = 40, N(a 3 ) = 120/5 = 24, N(a 4 ) = 120/7 = 17 N(a 1 a 2 ) = 120/(2 3) = 20, N(a 1 a 3 ) = 120/(2 5) = 12,... N(a 1 a 2 a 3 a 4 ) = 120/(2 3 5 7) = 120/210 = 0 N 0 = 120 (60 + 40 + 24 + 17) + (20 + 12 + 8 + 8 + 5 + 3) (4 + 2 + 1 + 1) + 0 = 27. Numărul pe care-l căutăm este 27 + 4 1 = 30

Bibliografie 1 Capitolul 2, Secţiunea 2.1: Generating Permutations of S. Pemmaraju, S. Skiena. Combinatorics and Graph Theory with Mathematica. Cambridge University Press 2003. 2 Capitolul 2, Secţiunile 2.4 şi 2.5 din J. M. Harris, J. L. Hirst, M.J. Mossinghoff. Combinatorics and Graph Theory. Second Edition. Springer 2008. 3 Capitolul 5 din K. H. Rosen. Discrete Mathematics and Its Aplications. Sixth Edition. McGraw Hill Higher Education. 2007.