Combinaciones: selecciones sin ordenación
En el torneo de fútbol de los Juegos Estudiantiles del centro escolar juegan $8$ equipos y todos se enfrentan una sola vez contra todos. ¿Cuántos partidos hay que programar? ¿Y si te dicen que hubo $45$ partidos, cuántos equipos se anotaron? Para responder necesitás una herramienta que cuente grupos sin importar el orden: el número combinatorio.
El número combinatorio
Cuando elegís $k$ elementos de un total de $n$ y no importa el orden en que los elegís, cada grupo se cuenta una sola vez. A esa cantidad se le llama número combinatorio.
Su porqué: si importara el orden, habría $n(n-1)\cdots(n-k+1)$ selecciones (permutaciones de $n$ elementos tomados de $k$ en $k$). Pero cada grupo de $k$ elementos aparece $k!$ veces (una por cada orden posible). Por eso se divide por $k!$.
En un torneo de ajedrez participan $14$ jugadores. Si cada jugador debe enfrentarse una sola vez a todos los demás, determina el número total de partidas que se…
En un torneo de ajedrez participan $14$ jugadores. Si cada jugador debe enfrentarse una sola vez a todos los demás, determina el número total de partidas que se disputarán en el torneo.
Para preparar una ensalada, dispones de $8$ ingredientes diferentes (lechuga, tomate, zanahoria, cebolla, pepino, atún, maíz y aceitunas). Calcula cuántas ensaladas…
Para preparar una ensalada, dispones de $8$ ingredientes diferentes (lechuga, tomate, zanahoria, cebolla, pepino, atún, maíz y aceitunas). Calcula cuántas ensaladas distintas de $4$ ingredientes puedes elaborar.
De una baraja española de $40$ cartas, se extraen simultáneamente $3$ cartas al azar. Determiná cuántos resultados distintos se pueden obtener.
De una baraja española de $40$ cartas, se extraen simultáneamente $3$ cartas al azar. Determiná cuántos resultados distintos se pueden obtener.
Contar parejas
Muchas situaciones son en el fondo «elegir $2$ de $n$»: partidos de un torneo, saludos, segmentos entre puntos. En todas, la pareja $(A, B)$ es la misma que $(B, A)$.
$$\binom{n}{2} = \frac{n(n-1)}{2}$$En una reunión de trabajo hay $12$ personas. Al finalizar, todos se despiden estrechándose la mano una sola vez. Calcula cuántos apretones de manos se producen en total.
En una reunión de trabajo hay $12$ personas. Al finalizar, todos se despiden estrechándose la mano una sola vez. Calcula cuántos apretones de manos se producen en total.
Se marcan $7$ puntos sobre una circunferencia. Calcula cuántos segmentos distintos se pueden trazar uniendo dos de estos puntos.
Se marcan $7$ puntos sobre una circunferencia. Calcula cuántos segmentos distintos se pueden trazar uniendo dos de estos puntos.
Calcula el número total de diagonales que se pueden trazar en un polígono regular de $10$ lados (decágono).
Calcula el número total de diagonales que se pueden trazar en un polígono regular de $10$ lados (decágono).
Propiedades y triángulo de Tartaglia
Algunos números combinatorios se calculan sin hacer cuentas. Se explican con el significado de «elegir».
Las filas del triángulo de Tartaglia son justamente los números combinatorios: la fila $n$ contiene $\binom{n}{0}, \binom{n}{1}, \dots, \binom{n}{n}$.
Regularidades del triángulo
Mirá las primeras filas del triángulo (la fila $0$ es el $1$ de arriba):
| Fila | Números | Suma |
|---|---|---|
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 1 | 2 |
| 2 | 1 2 1 | 4 |
| 3 | 1 3 3 1 | 8 |
| 4 | 1 4 6 4 1 | 16 |
| 5 | 1 5 10 10 5 1 | 32 |
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Pares e impares. Si pintás los números pares de un color y los impares de otro (es decir, mirás los restos al dividir por $2$), aparecen triangulitos que se repiten: es una figura que se parece a sí misma. Lo mismo ocurre con los múltiplos de $3$, de $5$, etc.
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Segunda diagonal. Los números $\binom{n}{1}$ son $1, 2, 3, 4, \dots$: los naturales.
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Tercera diagonal. Los números $\binom{n}{2}$ son $1, 3, 6, 10, 15, \dots$. Cuentan las parejas que se pueden formar con $n$ elementos: por ejemplo, $\binom{5}{2} = 10$ son los apretones de manos entre $5$ personas.
Un examen consta de $10$ preguntas. El profesor indica que los alumnos deben elegir y responder únicamente $6$ de ellas. Determina de cuántas formas distintas puede un…
Un examen consta de $10$ preguntas. El profesor indica que los alumnos deben elegir y responder únicamente $6$ de ellas. Determina de cuántas formas distintas puede un alumno seleccionar las preguntas a responder.
Halla el valor de $x$ en la siguiente igualdad entre números combinatorios, sabiendo que $x \neq 4$: $\binom{x}{4} = \binom{x}{7}$
Halla el valor de $x$ en la siguiente igualdad entre números combinatorios, sabiendo que $x \neq 4$:
$\binom{x}{4} = \binom{x}{7}$
Calcula el valor de la siguiente expresión utilizando las propiedades de los números combinatorios: $\binom{8}{3} + \binom{8}{4}$
Calcula el valor de la siguiente expresión utilizando las propiedades de los números combinatorios:
$\binom{8}{3} + \binom{8}{4}$
Principios de conteo, árbol y conjuntos
Antes de combinar, repasá las herramientas básicas de conteo.
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Principio de la multiplicación: si un proceso tiene $a$ opciones en un paso y $b$ en otro, hay $a \cdot b$ resultados.
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Principio de la suma: si dos casos no pueden darse a la vez, el total es la suma de los resultados de cada caso.
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Factorial: $n! = n(n-1)\cdots 2 \cdot 1$, con $0! = 1$.
También se cuenta con conjuntos. La unión $A \cup B$ reúne los elementos de ambos, la intersección $A \cap B$ los que están en los dos y el complemento $A'$ los que no están en $A$.
Para preparar una ensalada, dispones de $8$ ingredientes diferentes (lechuga, tomate, zanahoria, cebolla, pepino, atún, maíz y aceitunas). Calcula cuántas ensaladas…
Para preparar una ensalada, dispones de $8$ ingredientes diferentes (lechuga, tomate, zanahoria, cebolla, pepino, atún, maíz y aceitunas). Calcula cuántas ensaladas distintas de $4$ ingredientes puedes elaborar.
Selecciones con condiciones
Si el grupo debe tener cantidades fijas de cada tipo, se cuenta cada bloque por separado y se multiplica.
Una empresa necesita formar un equipo de proyecto compuesto por $3$ ingenieros y $2$ economistas. Si en la plantilla hay $8$ ingenieros y $5$ economistas disponibles,…
Una empresa necesita formar un equipo de proyecto compuesto por $3$ ingenieros y $2$ economistas. Si en la plantilla hay $8$ ingenieros y $5$ economistas disponibles, calcula cuántos equipos distintos se pueden formar.
En un cuestionario de $12$ preguntas, debes contestar obligatoriamente un total de $8$. Sin embargo, las $3$ primeras preguntas son de respuesta obligatoria. Determina…
En un cuestionario de $12$ preguntas, debes contestar obligatoriamente un total de $8$. Sin embargo, las $3$ primeras preguntas son de respuesta obligatoria. Determina de cuántas formas diferentes puedes completar tu selección de preguntas.
El juego de la Lotería Primitiva consiste en elegir $6$ números de un total de $49$. Si ya se conoce la combinación ganadora de $6$ números, calcula cuántas apuestas…
El juego de la Lotería Primitiva consiste en elegir $6$ números de un total de $49$. Si ya se conoce la combinación ganadora de $6$ números, calcula cuántas apuestas diferentes de las posibles obtendrían exactamente $4$ aciertos.
«Al menos»: casos o complemento
Cuando dicen «al menos uno», hay dos caminos seguros.
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Por casos: sumás los casos disjuntos («exactamente $1$», «exactamente $2$», …).
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Por complemento: al total le restás los casos que no cumplen.
Un hospital debe formar un equipo de guardia nocturna de $5$ personas, seleccionado de un grupo de $7$ médicos y $6$ enfermeros. Calcula cuántos equipos distintos se…
Un hospital debe formar un equipo de guardia nocturna de $5$ personas, seleccionado de un grupo de $7$ médicos y $6$ enfermeros. Calcula cuántos equipos distintos se pueden formar si la normativa exige que el equipo contenga al menos $3$ médicos.
En una cuadrícula formada por $9$ puntos distribuidos en $3$ filas y $3$ columnas, determina cuántos triángulos distintos se pueden formar utilizando estos puntos como…
En una cuadrícula formada por $9$ puntos distribuidos en $3$ filas y $3$ columnas, determina cuántos triángulos distintos se pueden formar utilizando estos puntos como vértices. Ten en cuenta que tres puntos alineados no forman un triángulo.
Una urna contiene $6$ bolas rojas, $5$ bolas azules y $4$ bolas verdes. Se extraen $4$ bolas simultáneamente. Calcula cuántos resultados distintos contienen exactamente…
Una urna contiene $6$ bolas rojas, $5$ bolas azules y $4$ bolas verdes. Se extraen $4$ bolas simultáneamente. Calcula cuántos resultados distintos contienen exactamente $2$ bolas rojas y al menos $1$ bola azul.
Caminos en una cuadrícula
Un robot va de $A$ a $B$ moviéndose solo hacia la derecha (D) o hacia arriba (U). Cada camino es una lista de pasos, por ejemplo D D U D U.
Aquí todo camino tiene $5 + 3 = 8$ pasos. Alcanza con decidir en cuáles $3$ de los $8$ lugares va «arriba»: los otros $5$ son «derecha».
Un robot se desplaza por una cuadrícula desde el punto $A$ hasta el punto $B$. Solo puede realizar movimientos hacia la derecha o hacia arriba, avanzando una…
Un robot se desplaza por una cuadrícula desde el punto $A$ hasta el punto $B$. Solo puede realizar movimientos hacia la derecha o hacia arriba, avanzando una intersección en cada paso. Calcula el número de trayectorias distintas que puede seguir.
Un robot se desplaza por una cuadrícula desde el nodo $A$ hasta el nodo $B$, moviéndose únicamente hacia la derecha y hacia arriba. Debe pasar obligatoriamente por el…
Un robot se desplaza por una cuadrícula desde el nodo $A$ hasta el nodo $B$, moviéndose únicamente hacia la derecha y hacia arriba. Debe pasar obligatoriamente por el nodo $C$ para recoger un paquete. Determina cuántas rutas válidas existen.
Combinaciones con repetición
En una pupusería querés pedir $5$ pupusas y hay $3$ tipos (frijol con queso, revueltas y de queso con loroco). Podés repetir gustos y el orden no importa: importa solo cuántas de cada uno. Eso es una combinación con repetición, $CR_{n,k}$: elegir $k$ unidades entre $n$ tipos.
Un truco para contarlas: representá cada pedido con $k$ círculos (las unidades) y $n-1$ barras que separan los tipos. Por ejemplo, $8$ entradas entre $4$ amigos, con reparto $2$, $3$, $0$, $3$:
Hay $k + (n-1)$ lugares en total, y alcanza con elegir cuáles son las barras (o los círculos).
En una pastelería se venden $6$ tipos diferentes de pasteles. Determina de cuántas formas distintas se pueden comprar $4$ pasteles, teniendo en cuenta que se pueden…
En una pastelería se venden $6$ tipos diferentes de pasteles. Determina de cuántas formas distintas se pueden comprar $4$ pasteles, teniendo en cuenta que se pueden elegir varios del mismo tipo.
Dispones de $8$ entradas idénticas para un concierto y quieres repartirlas entre tus $4$ mejores amigos. Calcula de cuántas formas puedes distribuirlas, sabiendo que a…
Dispones de $8$ entradas idénticas para un concierto y quieres repartirlas entre tus $4$ mejores amigos. Calcula de cuántas formas puedes distribuirlas, sabiendo que a un amigo le pueden tocar varias entradas o incluso ninguna.
En una heladería ofrecen $5$ sabores diferentes. Quieres comprar $8$ tarrinas de helado para una fiesta, pero deseas asegurarte de llevar al menos una tarrina de cada…
En una heladería ofrecen $5$ sabores diferentes. Quieres comprar $8$ tarrinas de helado para una fiesta, pero deseas asegurarte de llevar al menos una tarrina de cada uno de los $5$ sabores. Calcula de cuántas formas distintas puedes hacer tu pedido.
Ecuaciones combinatorias
Si la incógnita está en el número combinatorio, desarrollá el factorial, simplificá y resolvé la ecuación que queda (muchas veces cuadrática, como las de 9.° grado).
Resuelve la siguiente ecuación para encontrar el valor del número natural $n$: $C_{n, 2} = 45$
Resuelve la siguiente ecuación para encontrar el valor del número natural $n$:
$C_{n, 2} = 45$
Encuentra el valor de $x$ que satisface la siguiente ecuación combinatoria: $\binom{x}{2} + \binom{x-1}{2} = 25$
Encuentra el valor de $x$ que satisface la siguiente ecuación combinatoria:
$\binom{x}{2} + \binom{x-1}{2} = 25$