Elegir dos personas para un equipo y asignar dos cargos a esas mismas personas no son la misma pregunta. Antes de usar una fórmula decidiremos qué resultados se consideran distintos. Después contaremos por etapas, quitaremos duplicados cuando esté justificado y comprobaremos las reglas con casos pequeños.
Si necesitas repasar:
1. Primero define un resultado: equipo, lista o asignación
Luz y Omar pueden formar un mismo equipo sin importar a quién nombramos primero. Pero si una persona coordina y otra revisa, intercambiar sus nombres cambia la asignación. Para decidir si importa el orden, toma un resultado concreto, intercambia dos posiciones y pregunta si sigue siendo el mismo objeto según el enunciado.
Una biyección codifica cada objeto mediante un código único y permite recuperarlo. Si dos objetos distintos reciben el mismo código, se ha perdido información. Si un objeto recibe varios códigos, hay duplicados que contar. Precisar esa correspondencia convierte una intuición de conteo en una justificación.
Las mismas personas pueden producir dos resultados
Con Luz y Omar se asignan los cargos de coordinar y revisar, a personas distintas.
Primera asignación
Luz coordina y Omar revisa.
Intercambiar
Omar coordina y Luz revisa es otra asignación.
Cambiar la pregunta
Si solo se elige el equipo {Luz, Omar}, ambas listas representan un único equipo.
Hay dos asignaciones de cargos y un equipo.
La distinción depende del objeto pedido, no del orden en que alguien lo anuncie.
Un código que se puede deshacer
Queremos contar subconjuntos de {a, b, c}. Marcamos 1 si cada elemento está y 0 si no está.
Codificar
{a, c} corresponde a 101, en el orden fijo a, b, c.
Recuperar
Una cadena como 011 recupera exactamente {b, c}.
Contar
Cada una de tres posiciones tiene dos opciones: 2³=8 subconjuntos.
La correspondencia entre subconjuntos y cadenas binarias es biyectiva.
000 es el subconjunto vacío y 111 es el conjunto completo; ambos cuentan una vez.
2. Suma casos disjuntos; multiplica etapas con continuaciones justificadas
Si un resultado pertenece a una y solo una de varias familias, el total es la suma de sus tamaños. Si construimos un resultado en etapas y cada elección de la primera admite exactamente n continuaciones, m primeras elecciones producen m·n resultados. Se cuentan posibilidades, no se necesita independencia probabilística.
Si las continuaciones cambian de una rama a otra, sumamos las cantidades de esas ramas. Tampoco basta encontrar las palabras “y” u “o”: hay que comprobar si la construcción es única, si existen restricciones y si los casos se solapan. Un árbol o una tabla permite ver qué multiplica o suma cada número.
Cada rama tiene el mismo número de finales
Un código consta de U o V seguido de 1, 2 o 3.
Primera rama
Con U salen U1, U2, U3: tres códigos.
Segunda
Con V salen V1, V2, V3: otros tres, sin duplicados.
Producto
El total 3+3 coincide con 2·3=6.
Hay seis códigos.
Contamos la pareja símbolo y número; que sus probabilidades de uso sean distintas no cambiaría cuántos códigos existen.
No todas las ramas tienen igual longitud
Desde una estación A hay tres enlaces posibles; desde otra B solo dos. Se elige estación y después enlace.
Casos
Los tres recorridos que empiezan en A y los dos que empiezan en B son disjuntos.
Sumar
Hay 3+2=5 recorridos.Evitar producto falso
Multiplicar dos estaciones por tres enlaces contaría un enlace inexistente desde B.
El total es cinco, no seis.
Se puede multiplicar dentro de una rama con opciones constantes, pero el total debe respetar las restricciones de cada una.
3. En listas con repetición cada posición conserva su identidad
Si hay n símbolos disponibles y k posiciones, con repetición y sin otras restricciones, hay nᵏ listas: en cada posición se puede volver a elegir cualquiera de los n símbolos. La posición distingue resultados; AB y BA no son la misma lista.
Las restricciones modifican las opciones. Un código puede empezar por cero si se permite; un número de tres cifras no. Prohibir símbolos iguales consecutivos deja n posibilidades al principio y n−1 después, para k≥1 y n≥1. No equivale a prohibir toda repetición: ABA no tiene iguales consecutivos pero repite A.
Código y número de tres cifras
Se usan los dígitos 0,…,9 y se permite repetir.
Código de longitud tres
10·10·10=1000; 007 es válido como código.Número de tres cifras
La primera cifra no es cero: 9·10·10=900.Diferencia
Se excluyen los 100 códigos que empiezan por cero.
Son 1000 códigos o 900 números, según el objeto definido.
No se descuenta el cero de las otras dos posiciones.
Se puede repetir sin repetir consecutivamente
Listas de longitud tres con símbolos A, B, C, D, sin dos iguales seguidos.
Primera posición
Tiene cuatro opciones.
Segunda y tercera
Cada una evita solo el símbolo inmediatamente anterior: tres opciones en cada paso.
Total
4·3·3=36.ABA está permitido.
Hay 36 listas.
Si se prohibiera repetir cualquier símbolo, la última posición tendría dos opciones y el total sería 24.
4. Sin repetición se agotan objetos a cada paso
Una permutación coloca n objetos distintos en las n posiciones: n opciones, luego n−1, hasta una. El producto es n!. Una lista de k objetos distintos escogidos entre n, con 0≤k≤n, se detiene tras k factores: P(n, k)=n!/(n−k)!.
Existe exactamente una lista vacía. Por eso el producto vacío y 0! valen uno: elegir cero objetos no es tener cero soluciones. Si k>n, no hay listas sin repetición; no se intenta evaluar factoriales de enteros negativos en la fórmula anterior.
Asignar tres puestos entre seis proyectos
Los puestos son primero, segundo y tercero; ningún proyecto ocupa dos.
Primero
Seis posibilidades.
Restantes
Cinco para segundo y cuatro para tercero.
Contar
6·5·4=120, igual a 6!/3!.
Hay 120 podios.
Ordenar los seis proyectos sería otra pregunta: 6!=720.
Comparar vacío e imposible
Elegimos una lista sin repetición de objetos de {a, b}.
Longitud cero
Solo existe la lista vacía: una posibilidad.
Longitud dos
Las listas son ab y ba: dos posibilidades.
Longitud tres
No puede llenarse la tercera posición sin repetir: ninguna posibilidad.
Los tres recuentos son 1, 2 y 0.
La fórmula factorial se aplica a k=0 y k=2; para k=3 se usa la imposibilidad, no un factorial negativo.
5. Dividir por k! exige que cada grupo tenga exactamente k! representaciones
Para elegir k objetos distintos sin orden, primero contamos las listas sin repetición. Cada subconjunto de tamaño k tiene exactamente k! órdenes, todos diferentes porque sus elementos son distintos. Las listas se parten en bloques del mismo tamaño; por eso C(n, k)=n!/[k!(n−k)!].
La división solo funciona con multiplicidad constante. En objetos con simetrías, como collares que identifican rotaciones, algunos pueden tener menos representaciones que otros. Antes de dividir hay que demostrar el tamaño de cada bloque, no asumirlo por la apariencia de la fórmula.
Pasar de listas a parejas
Elegimos dos libros distintos entre seis, sin importar su orden.
Listas auxiliares
Hay 6·5=30 listas.Dos órdenes por pareja
Para {a, b} aparecen ab y ba; lo mismo para cualquier pareja.
Dividir
30/2=15 parejas.
C(6,2)=15.
Las 15 parejas por sus dos órdenes recuperan las 30 listas.
Una simetría puede impedir dividir por cuatro
Collares de cuatro cuentas binarias; solo identificamos rotaciones, no reflexiones.
Cadenas
Hay 2⁴=16 cadenas lineales.Bloques de rotación
0000 y 1111 tienen una representación cada uno; 0101 tiene dos. Los tipos 0001,0011 y 0111 tienen cuatro cada uno.
Total de bloques
Los tamaños 1+1+2+4+4+4 suman 16, pero corresponden a seis collares.
Hay seis collares; 16/4=4 sería incorrecto.
La falla es una multiplicidad variable: algunas rotaciones dejan la cadena igual.
6. Letras indistinguibles cambian la multiplicidad de una palabra
Con n posiciones y cantidades n₁,…, nᵣ de cada tipo, etiquetamos temporalmente las copias para contar n! órdenes. Al borrar etiquetas, cada palabra aparece n₁!⋯nᵣ! veces, por los intercambios internos de cada tipo. Por tanto hay n!/(n₁!⋯nᵣ!) palabras.
La fórmula conserva exactamente las cantidades dadas; no impone condiciones de adyacencia ni de posición. Las restricciones se cuentan aparte, mediante una construcción por huecos, casos disjuntos o inclusión-exclusión. Es útil comprobar una palabra concreta para ver cuántos intercambios de etiquetas la dejan igual.
Contar las ordenaciones de BANANA
Hay seis letras: tres A, dos N y una B.
Etiquetar
Las seis copias etiquetadas admiten 6!=720 órdenes.
Duplicación
Cada palabra sin etiquetas aparece 3!·2!·1!=12 veces.
Dividir
720/12=60.
Hay 60 palabras distintas con esas cantidades.
Elegir tres posiciones para A y dos de las tres restantes para N da C(6,3)C(3,2)=20·3=60.
Añadir que no haya dos A juntas requiere otra cuenta
Mismas letras de BANANA, pero sin A consecutivas.
Ordenar las otras
B, N, N se ordenan de 3!/2!=3 maneras.Crear huecos
Antes, entre y después de esas tres letras hay cuatro huecos.
Colocar A
Elegimos tres de los cuatro huecos y ponemos una A en cada uno: C(4,3)=4.
Multiplicar
3·4=12 palabras; se reconstruye de forma única quitando las A.
Hay 12 palabras sin A consecutivas, no 60.
El máximo de una A por hueco es precisamente lo que impide la adyacencia.
7. Estrellas y barras cuenta cantidades enteras, no objetos individuales
Distribuir k unidades indistinguibles entre r categorías distinguibles, r≥1, equivale a resolver x₁+⋯+xᵣ=k con enteros xᵢ≥0. Escribimos k estrellas y r−1 barras: las estrellas antes de la primera barra son x₁, entre las dos siguientes son x₂, y así. Barras juntas permiten categorías vacías.
Cada solución determina una única cadena y viceversa. Elegir las posiciones de las barras da C(k+r−1, r−1). Para xᵢ≥bᵢ, con bᵢ enteros no negativos, se restan primero esas cantidades y se distribuye k−Σbᵢ. Las cotas superiores no quedan garantizadas por esta fórmula simple.
Leer una cadena y contar todas las soluciones
Cinco unidades entre tres categorías distinguibles, permitiendo ceros.
Codificación
La cadena dos estrellas, dos barras y tres estrellas representa (2,0,3).
Posiciones
Hay cinco estrellas y dos barras: siete posiciones.
Elegir
C(7,2)=21 soluciones no negativas.
Hay 21 distribuciones.
Si se distinguieran las cinco unidades individualmente, asignarlas a categorías sería otro objeto y no se usaría esta cuenta.
Un mínimo por categoría cambia la cantidad restante
Resolver x+y+z=8 con x, y, z≥1 enteros.
Restar mínimos
u=x−1, v=y−1, w=z−1 son no negativos y suman 5.Contar
C(5+3−1,3−1)=C(7,2)=21.Recuperar
A cada solución de u+v+w=5 se le suma uno en cada coordenada, sin duplicados.
Hay 21 soluciones positivas.
Si además se exigiera x≤3, algunas de estas 21 quedarían excluidas y habría que corregirlas.
8. Una identidad se puede demostrar contando el mismo conjunto de dos maneras
Elegir k elementos de un conjunto de n determina sus n−k excluidos.
Para Pascal se fija un elemento: los subconjuntos de tamaño k o lo contienen o no lo contienen, dos casos disjuntos.
En (1+z)ⁿ, producir zᵏ consiste en elegir z en exactamente k de los n factores. Por eso su coeficiente es C(n, k). Se puede interpretar z como una marca formal y no hace falta asignarle un valor numérico para justificar el recuento. Usamos C(n, k)=0 fuera de 0≤k≤n para expresar cómodamente identidades de borde.
Separar por un libro destacado
Queremos elegir tres libros entre siete; uno concreto está marcado.
Sin el marcado
Se eligen tres de los seis restantes: C(6,3)=20.Con él
Faltan dos entre los seis restantes: C(6,2)=15.
Reunir
Los casos son disjuntos y exhaustivos: C(7,3)=20+15=35.
La identidad de Pascal explica el 35.
Cada selección cae en una sola familia, según contenga o no el libro marcado.
Leer un coeficiente como selección de factores
Buscamos el coeficiente de z² en (1+z)⁵.
Qué produce grado dos
Tomamos z de dos factores y 1 de los otros tres.
Elegir factores
Hay C(5,2)=10 selecciones.Peso
Cada selección aporta exactamente un z².
El coeficiente es 10.
En (1+2z)⁵ cada selección pesaría 2² y el coeficiente sería 40; hay que conservar también esos pesos.
9. Comprobar el modelo del conteo es más importante que reconocer un nombre
Antes de calcular, escribe el objeto, el número de posiciones, si importan, si se admite repetición y qué cantidades se conservan. Una lista con repetición se cuenta de manera distinta que un multiconjunto sin orden. Una colección de tamaños variables también necesita definir si se permite el vacío.
Después comprueba un caso pequeño y los extremos.
Si divides por algo, explica cuántas representaciones tiene cada resultado; si multiplicas, explica cuántas continuaciones tiene cada rama. Esa revisión evita aplicar una fórmula correcta al conjunto equivocado.
Tres elecciones sin orden y con repetición
Elegimos tres unidades de cuatro tipos; solo importa la cantidad de cada tipo.
Objeto
Un resultado es (x₁, x₂, x₃, x₄), con suma tres y coordenadas no negativas.
Método
Estrellas y barras: C(3+4−1,4−1)=C(6,3)=20.Comparar
4³=64 contaría secuencias ordenadas, no colecciones de cantidades.
Hay 20 resultados sin orden.
No se puede dividir 64 por 3!: una secuencia AAA tiene menos ordenaciones distintas que ABC.
Revisar los bordes de una selección
Un conjunto contiene cinco elementos; elegimos un subconjunto de tamaño k.
k=0
Solo el vacío: C(5,0)=1.k=5
Solo el conjunto completo: C(5,5)=1.k=6
No hay subconjuntos: C(5,6)=0 por convención combinatoria.
Los bordes distinguen una elección única de una imposible.
La fórmula factorial con (n−k)! solo se usa en su dominio 0≤k≤n.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Elegir un equipo
Escoge tres personas de un grupo de cinco.
Definir el objeto
Un equipo contiene tres personas distintas sin cargos. Reordenar sus nombres conserva el mismo equipo.
Listas auxiliares
La primera persona tiene cinco opciones; después quedan cuatro y luego tres.
Producto
Hay 5·4·3=60 listas de tres personas distintas.Multiplicidad
Cada equipo tiene 3!=6 órdenes, todos distintos y en igual cantidad para cualquier equipo.
Dividir
60/6=10 equipos, es decir C(5,3).Comprobar
Los 10 equipos por sus seis órdenes recuperan las 60 listas. También equivale a elegir las dos personas excluidas.
Diez equipos.
Las 10 elecciones por sus 6 órdenes reconstruyen las 60 listas, sin perder ni duplicar equipos.
EJEMPLO RESUELTO 2
Palabras con repetición
¿Cuántas ordenaciones distintas tiene MAMA?
Cantidades
MAMA conserva dos M y dos A; intercambiar copias iguales no cambia la palabra.
Etiquetas temporales
M₁, M₂, A₁, A₂ dan 4!=24 órdenes.Duplicación de M
Cada palabra se repite 2! veces al intercambiar M₁ y M₂.
Duplicación de A
También se repite 2! por las A; la multiplicidad total es cuatro.
Resultado
24/(2!·2!)=6.Comprobar
Se puede elegir la pareja de posiciones de las M entre cuatro: C(4,2)=6; las A ocupan las restantes.
6.
Las seis palabras son AAMM, AMAM, AMMA, MAAM, MAMA y MMAA.
Los símbolos que hemos usado
- |A|
- Número de elementos del conjunto finito A.
- n!
- Producto de los enteros de 1 a n; por convenio 0!=1.
- C(n,k)
- Número de subconjuntos de k elementos de un conjunto de n.
- n₁,…,nᵣ
- Cantidades de objetos indistinguibles de cada uno de r tipos.
- xᵢ
- Cantidad entera asignada a la categoría i en una distribución.
- Biyectiva
- Correspondencia que asigna a cada objeto exactamente uno del otro conjunto y viceversa.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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