同じものを含む順列
場合の数(教科書範囲) ★★
同じものを含む順列を扱います.順序の定まった順列,重複組合せ等,多くの概念の基本となるものです.
同じものを含む順列
$a$ が $3$ つ,$b$ が $2$ つあり,この $5$ 個を $1$ 列に並べる場合の数を考えます.
このような文字列が $x$ 通りできるとします.例えばその $1$ つを
$a \ a \ b \ a \ b$
とします.
このとき,$3$ つの $a$ と $2$ つの $b$ に区別が付くとします.$3$ つの $a$ は $3!$ 通り,$2$ つの $b$ は $2!$ 通り,つまり $3!\times 2!$ 通り対応します
$a_{1} \ a_{2} \ b_{1} \ a_{3} \ b_{2}$ $a_{1} \ a_{2} \ b_{2} \ a_{3} \ b_{1}$
$a_{1} \ a_{3} \ b_{1} \ a_{2} \ b_{2}$ $a_{1} \ a_{3} \ b_{2} \ a_{2} \ b_{1}$
$a_{2} \ a_{1} \ b_{1} \ a_{3} \ b_{2}$ $a_{2} \ a_{1} \ b_{2} \ a_{3} \ b_{1}$
$a_{2} \ a_{3} \ b_{1} \ a_{1} \ b_{2}$ $a_{2} \ a_{3} \ b_{2} \ a_{1} \ b_{1}$
$a_{3} \ a_{1} \ b_{1} \ a_{2} \ b_{2}$ $a_{3} \ a_{1} \ b_{2} \ a_{2} \ b_{1}$
$a_{3} \ a_{2} \ b_{1} \ a_{1} \ b_{2}$ $a_{3} \ a_{2} \ b_{2} \ a_{1} \ b_{1}$
$x$ 通りのそれぞれに対して $3!\times 2!$ 通り対応させると,異なる $5$ つのものの順列になるので
$x\times 3!\times 2!=5!$
となるので
$x=\dfrac{5!}{3!\cdot 2!}=10$ (通り)
です.これを一般化して以下に公式化します.
同じものを含む順列
$n$ 個のものの中に,同じものが $p$ 個あり,また他の同じものが $q$ 個,さらに他の同じものが $r$ 個 $\cdots$ というように,いくつかの種類が同じものを含んでいるとき,これら $n$ 個を $1$ 列に並べてできる順列の総数は
$\color{red}{\boldsymbol{\dfrac{n!}{p!q!r!\cdots} \ \ \ (p+q+r+\cdots=n)}}$
例題と練習問題
例題
例題
(1) $a$,$a$,$b$,$b$ の $4$ 個すべてを並べた順列は何通りか.
(2) $1$,$1$,$1$,$2$,$3$,$4$,$4$ の $7$ 個の数字全部を使ってできる $7$ 桁の整数は,何個あるか.
講義
上の公式を適用するだけです.
解答
(1)
$\dfrac{4!}{2!2!}=\boldsymbol{6(通り)}$
(2)
$\dfrac{7!}{3!1!1!2!}=\boldsymbol{420(個)}$
※ 当然分母の $1!$ は省略可能です.
練習問題
練習
$a$,$a$,$a$,$a$,$b$,$b$,$c$ の $7$ 個を並べた順列について次のものは何通りか.
(1) 条件なし.
(2) 両端が $a$ である.
(3) 左右対称に並ぶ.
解答
(1)
$\dfrac{7!}{4!2!}=\boldsymbol{105(通り)}$
(2) 両端の決め方は $1$ 通り.間は残りの $a$,$a$,$b$,$b$,$c$ の順列なので
$1\times \dfrac{5!}{2!2!}=\boldsymbol{30(通り)}$
(3) 真ん中は $c$ で確定.$c$ の左は $a$,$a$,$b$ の順列なので $\dfrac{3!}{2!}$ 通り.$c$ の左を決めれば $c$ の右の決め方は $1$ 通りなので
$\dfrac{3!}{2!}\times 1=\boldsymbol{3(通り)}$