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Azar y probabilidad · Combinatoria

Combinatoria

Elegir 3 ingredientes para una pizza entre 10 disponibles no es lo mismo que ordenar 3 corredores en un podio: da igual en qué orden los nombres, la pizza sale igual. Cuando el orden no importa, variaciones y permutaciones sobrecuentan los casos, y hace falta una técnica distinta: la combinación. Es la última pieza del aparato combinatorio antes de usarlo en probabilidad.

Elegir sin que el orden importe

Imagina que debes elegir 2 delegados entre 3 compañeros (Ana, Berta, Carla), sin distinguir quién va primero.

Si el orden contara (variación): AB BA AC CA BC CB 6 parejas ordenadas Pero AB y BA son los mismos delegados: {A,B} {A,C} {B,C} solo 3 grupos distintos

Cada grupo sin orden corresponde a $2!=2$ parejas ordenadas, así que el número de grupos es la mitad: $\dfrac{6}{2}=3$.

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Una clase de 2º de Bachillerato tiene que elegir una comisión de convivencia formada por 3 alumnos. Si en la clase hay 25 alumnos y todos son elegibles, ¿cuántos grupos…

Una clase de 2º de Bachillerato tiene que elegir una comisión de convivencia formada por 3 alumnos. Si en la clase hay 25 alumnos y todos son elegibles, ¿cuántos grupos distintos de 3 personas se pueden formar? Razona si en este caso importa o no el orden de selección de los miembros.

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El número combinatorio y el triángulo de Pascal

Si calculas $\binom{n}{k}$ para un $n$ fijo y todos los valores de $k$, y los colocas por filas, aparece el triángulo de Pascal: cada número es la suma de los dos que tiene encima.

1 11 121 1331 14641 fila n=0..4, posición k=0..n
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Para celebrar el fin de curso, un grupo de amigos decide ir a cenar a un restaurante que ofrece un menú cerrado. Los estudiantes deben elegir un entrante entre 4…

Para celebrar el fin de curso, un grupo de amigos decide ir a cenar a un restaurante que ofrece un menú cerrado. Los estudiantes deben elegir un entrante entre 4 posibles, un plato principal entre 5 opciones y un postre de una lista de 3. ¿De cuántas formas distintas puede un alumno configurar su menú de cena?

Entrantes (4) Principales (5) Postres (3) ... ... ... ... ... ... ... 4 × 5 × 3 = 60 menús
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¿Cuántas palabras de 5 letras, con o sin sentido, se pueden formar permutando las letras de la palabra $LIBRO$? ¿Y si todas las palabras debieran empezar por la letra…

¿Cuántas palabras de 5 letras, con o sin sentido, se pueden formar permutando las letras de la palabra $LIBRO$? ¿Y si todas las palabras debieran empezar por la letra $L$?

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El binomio de Newton

¿Por qué aparecen números combinatorios al desarrollar $(a+b)^n$? Al multiplicar $(a+b)(a+b)\cdots(a+b)$ ($n$ veces), el coeficiente de cada término (como $a^{n-k}b^k$) es el número de formas de elegir de cuáles de los $n$ factores sale la $b$: una combinación.

1·a⁴ 4·a³b 6·a²b² 4·ab³ 1·b⁴ coeficientes 1,4,6,4,1 = fila n=4 de Pascal
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Se va a celebrar un torneo relámpago de ajedrez en un centro juvenil. Al finalizar la fase clasificatoria, quedan 10 jugadores. La organización debe entregar tres…

Se va a celebrar un torneo relámpago de ajedrez en un centro juvenil. Al finalizar la fase clasificatoria, quedan 10 jugadores. La organización debe entregar tres trofeos diferentes: uno al campeón, otro al subcampeón y un tercero al tercer clasificado. Además, se entregará una medalla de participación a los 7 jugadores restantes.

  1. a) ¿De cuántas formas pueden repartirse los tres trofeos principales?
  2. b) Si entre los 10 finalistas hay una pareja de hermanos y queremos saber en cuántas de esas clasificaciones los dos hermanos reciben trofeo (independientemente de cuál sea).
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Un equipo de marketing digital está diseñando una campaña publicitaria para una conocida marca de zapatillas. Para una sesión de fotos, deben colocar en línea a sus 10…

Un equipo de marketing digital está diseñando una campaña publicitaria para una conocida marca de zapatillas. Para una sesión de fotos, deben colocar en línea a sus 10 colaboradores estrella: 3 fotógrafos, 4 editores de vídeo y 3 redactores creativos (copywriters). Determina de cuántas formas pueden posar para la foto si se deben cumplir simultáneamente las siguientes condiciones:

  1. Los profesionales de la misma categoría deben estar siempre juntos.

  2. El fotógrafo principal y el redactor jefe no pueden estar en los extremos de la formación total.

P₁ = Fotógrafo principal | C₁ = Redactor jefe 3 FOTÓGRAFOS ? formas 4 EDITORES ? formas 3 REDACTORES ? formas P₂ P₁ P₃ E₁ E₂ E₃ E₄ C₂ C₁ C₃ EXTREMO 1 ≠ P₁, C₁ EXTREMO 10 ≠ P₁, C₁ ORDEN DE LOS 3 GRUPOS = ? formas FORMAS TOTALES POSIBLES = ?
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Combinaciones con repetición

Hasta ahora los $n$ elementos eran todos distintos. ¿Y si hay que elegir, de un surtido limitado de tipos, varias unidades idénticas del mismo tipo? Por ejemplo, una tarrina de 3 bolas elegidas entre 5 sabores de helado, pudiendo repetir sabor.

sabor 1sabor 2sabor 3 3 bolas idénticas separadas por barras entre sabores
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Un nuevo servicio de banca online requiere que sus usuarios creen una clave de seguridad personalizada. La clave debe estar formada por exactamente 4 dígitos seguidos de…

Un nuevo servicio de banca online requiere que sus usuarios creen una clave de seguridad personalizada. La clave debe estar formada por exactamente 4 dígitos seguidos de 2 letras (utilizando el alfabeto español de 26 letras, excluyendo la "ñ").

Calcula cuántas claves distintas se pueden generar en los siguientes supuestos:

  1. a) Los dígitos pueden repetirse, pero las letras deben ser distintas.
  2. b) Tanto los dígitos como las letras pueden repetirse, pero el primer dígito no puede ser cero y la última letra debe ser una vocal ($A, E, I, O, U$).
d₁ d₂ d₃ d₄ 4 DÍGITOS 0, 1, 2, ..., 9 (10 opciones) L₁ L₂ 2 LETRAS A, B, C, ..., Z (26 opciones)
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Ocho amigos, entre los que se encuentran una pareja de novios, van a cenar a un restaurante japonés y les asignan una mesa circular. 1. ¿De cuántas formas pueden…

Ocho amigos, entre los que se encuentran una pareja de novios, van a cenar a un restaurante japonés y les asignan una mesa circular.

  1. ¿De cuántas formas pueden sentarse a la mesa si los novios quieren estar sentados juntos?

  2. Si tras la cena se enfadan y deciden que en el cine (donde tienen 8 butacas en fila) no quieren sentarse juntos ni tener a nadie entre ellos (es decir, debe haber al menos un asiento vacío o otra persona de separación, pero nunca butacas contiguas), ¿de cuántas formas podrán sentarse los ocho amigos en la fila de butacas?

Novios (2) Amigos (6) 1. Mesa Circular Mesa Juntos Formas = ? 2. Fila de Cine PANTALLA Separados (≥1) Contiguos prohibido Formas = ?
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Decidir entre las cuatro técnicas

Con las cuatro técnicas ya formalizadas (variación con y sin repetición, permutación, combinación), el reto real de selectividad no es la fórmula: es identificar cuál toca en cada enunciado.

orden sí, repite VR = nᵏ orden sí, no repite V = n!/(n−k)! orden no, no repite C = n!/(k!(n−k)!) ordena TODOS, sin repetir P = n!
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Un chef está diseñando un menú degustación para una cena de gala. El menú debe consistir en 3 entrantes, 2 platos principales y 2 postres. Si en su recetario dispone de…

Un chef está diseñando un menú degustación para una cena de gala. El menú debe consistir en 3 entrantes, 2 platos principales y 2 postres.

Si en su recetario dispone de 6 opciones de entrantes, 4 opciones de platos principales y 3 opciones de postres, ¿cuántas combinaciones diferentes de menús puede ofrecer a sus clientes?

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Se quiere organizar un torneo de pádel relámpago con 12 alumnos de una clase. El profesor quiere formar 6 parejas distintas. 1. ¿De cuántas formas pueden quedar…

Se quiere organizar un torneo de pádel relámpago con 12 alumnos de una clase. El profesor quiere formar 6 parejas distintas.

  1. ¿De cuántas formas pueden quedar constituidas las 6 parejas si no importa el orden de las mismas ni el orden de los jugadores dentro de cada pareja?

  2. Si entre los alumnos hay 4 que son jugadores de nivel avanzado y el profesor decide que cada uno de ellos debe estar en una pareja distinta (para equilibrar el nivel), ¿de cuántas formas se pueden formar las parejas ahora?

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Resumen

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