≪順列の計算公式≫Permutations:
・nPr = n(n-1)(n-2)…(n-r+1) = n!/(n-r)! (n≧r),
・nP0 =1 ・nP1=n ・nPn=n! ・階乗!(0!=1) (cf)nC0=1 ・nC1=n ・nCn=1
〔参考〕!!(1つおきの階乗)10!!=10・8・6・4・2
≪階乗の値≫
☞4!=24 / 5!=120 / 6!=720 / 7!=5,040 / 8!=40,320 / 9!=362,880 /
10!=3,628,800 / 11!=39,916,800 / 12!=479,001,600 / 13!=6,227,020,800 /
14!=87,178,291,200 / 15!=1,307,674,368,000 / 16!=20,922,789,888,000 /
17!=355,687,428,196,000 / 18!=6,402,373,705,728.000 /
19!=121,645,100,408,732,000 / 20!=2,432,902,008,176,940,000
○等式を満たすnの値を求める:
(1)nP3=30n:
n!/(n-3)! =30n, n(n-1)( n-2)=30n, n(n2-3n+2)=30n, n3-3n2-28n=0,
n(n2-3n-28)=0, n(n-4)(n+4)=0, n≧3よりn=7//
(2) nP5=12 nP3:
n!/(n-5)! =12・n!/(n-3)!, n(n-1)(n-2)( n-3)(n-4)=12n(n-1)(n-2),
n( n-3)(n-4)=12, n(n-7)=0, n≧5よりn=7//
≪順列のまとめです≫
〔例1〕13枚の異なったカードの中の3枚をA, B, Cの3人に1枚ずつ配る場合:☞13P3
〔例2〕男子4人、女子4人が1列に並ぶとき、
(1) 全員が1列に並ぶ場合の総数:
☞8人全員が1列に並ぶことと同じだから、8!=40320//
(2)男子と女子が1人おきに並ぶ場合の総数:
☞男女の並び方は、それぞれ4P4×4P4
先頭には男子がくるときと女子がくるときがあるので2 通り。
よって、(4P4×4P4)×2=1152 //
〔例3〕男子5人、女子3人が1列に並ぶ場合:
①女子3人が全員隣り合う:
☞○[△△△]○○○○ 3P3(女子3人)×6P6=4320 //
②両端に男子がくる:
☞[○]△○△△○○[○] 5P2(両端の男子)×6P6=14400 //
③両端の少なくとも1人は女子:
☞すべての場合から両端が男子の場合を引くと8P8-5P2×6P6=25920 //
④特定の1人の男子の両隣には必ず女子が並ぶ(特定の男子は考えなくてもよい):
☞{[△][○][△]}△○○○○「女・特定の男子・女・その他の5人」
3P2(特定の男子の両隣の女子)×6P6({女・特定の男子・女}を1つと見る)
⑤男子5人が続いて並ぶ:
☞△[○○○○○]△△ 4P4×5P5(男子5人)=2880 //
⑥男子は男子、女子は女子でそれぞれ続いて並ぶ:
☞[○○○○○] [△△△] 2P2×5P5×3P3=1440 //
⑦どの女子も隣り合わない:
☞△○△○△○▽○▽○▽のように男子○5人が並んでいる間の△に女子3人が入る。
5P5(男子5人)×6P3(女子3人)=14400 //
〔例4〕男子3人、女子3人が1列に並ぶ場合:
①男女が交互に並ぶ:
☞ 3P3(女子3人)×3P3(男子3人)×2(左に男または女がくる)=72 //
②両端に男子がくる: ☞5P2(両端の男子)×6P6
〔例5〕5人乗りの乗用車に5人が乗車してドライブするとき、何通り:
①5人全員が運転免許を持っているとき:☞5P5
②5人のうち3人だけが運転免許を持っているとき:
☞運転席に座る人が3通り。残りの4つの席に座る方法は4P4より、3×4P4
③5人のうち2人だけが運転免許を持っているとき:
☞運転席に座る人が2通り。残りの4つの席に座る方法は4P4より、2×4P4
≪整数を作る順列≫ (n桁・倍数・n番目・数字のカードを並べる)
〔例1-1〕から9までの数字を1つずつ書いた9枚のカードの中から3枚のカードを取り出して、
大きい順に並べると何通り:
☞3枚のカードを取り出して大きい順に並べると並べ方は1通り よって求める総数は、
9枚から3枚取り出す組合せと同じ個数になるから、9C3=84通り// 注意
〔例1-2〕1から9までの9種類の数字の中から4個を選んで整数を作り、千の位、百の位、
十の位、一の位をそれぞれa≦b≦c≦dとする。
このときa≦b≦c≦dとなる場合は何通り:
☞1~9の中から重複を許して4個を選び、小さい順にa, b, c, dとする。
例えば、1|2|3|4|5|66|7|8|9の場合、4668となり、
4個の と8個の「|」の合計12の並び方を考えると12C4=495通り// 注意
〔別解〕1≦a≦b≦c≦d≦9を1≦a<b+1<c+2<d+3≦12と考えると
1~12の中から4個選ぶことになるので、12C4=495通り//
〔例2〕4個の数字0, 1, 2, 3の4個の数字から重複を許して4桁の整数を作るとは何通り:
また、その中で偶数であるものは何通り:
☞4桁の整数は千の位に0は来ないので3×4×4×4=192通り//
偶数であるものは一の位に0か2の2通り。よって、3×4×4×2=96通り//
〔例3〕6個の数字 1, 2, 3, 4, 5, 6から異なる4個を並べてできる3000以上の数:
☞3000以上となるのは、千の位が3, 4, 5, 6の4通りだから、
残り3つの数字の並べ方は、5個から、3個取る順列になる。 4×5P3=240
〔例4〕5個の数字0, 1, 2, 3, 4を使ってできる次のような自然数の個数を求める:
(0)3桁の偶数:
☞百の位には0以外の4通り、一の位には0,2,4の3通り、
十の位には5通りすべての数字が来るので、求める総数は4×5×3=60通り//
(1)3桁の奇数:
☞一の位は1, 3の2通り。百の位は一の位で使わなかった数と0以外の3通り。
十の位は残りの3通り。よって2×3×3=18通り//
(2)3の倍数:
☞①(0, 1, 2),(0, 2, 4)の場合は百の位が2通り。下2桁は2P2。よって(2×2P2)×2=8
②(1, 2, 3),(2, 3, 4)の場合は3P3×2=12したがって8+12=20通り//
(3)4桁の数:
☞千の位の数は0以外の数字1, 2, 3, 4のどれかを使うので4通り。
百の位、十の位、一の位の数字は、
0と千の位で使った1, 2, 3, 4のどれか1つを除く、4個の数字から3個を選んで
並べるから4P3。よって求める自然数の個数は4×4P3=96通り//
(4)4桁の奇数:
☞一の位の数字は1, 3のどちらかを使うので2通り。
千の位の数字は1, 2, 3, 4から一の位で使った数字を除く3通り。
百の位、一の位の数は0, 1, 2, 3, 4から一の位と千の位で使った数字を除く3つの数字から
2つを選んで並べるから3P2(=6通り)。よって求める自然数の個数は2×3×3P2=36通り//
(5)4桁の偶数:
☞一の位の数に0, 2, 4のどれかを使うので、分類してもよいが、(1)と(2)より、
すべての4桁の自然数から4桁の奇数を除くと残りが4桁の偶数になるので、
96-36=60通り// 重要
(6)5桁の偶数:一の位の数字は0, 2, 4のどれかを使う。
①一の位の数字が0のときは、一の位以外の4つの位に1, 2, 3, 4のどれかを使うので、
4!=24通り。
②一の位の数字が2のとき、万の位は1, 3, 4のどれかを使うので3通り。
千の位、百の位、十の位には0, 1, 3, 4から万の位に使った数字を除く3個の数字を
使って並べるから3!。
よって一の位が2である5桁の偶数の個数は1×3×3!=18通り
③一の位の数字が4のときは、②の一の位が2のときと同様にして18通り。
したがって、①②③より求める自然数の個数は24+18+18=60通り//
〔例5〕3個の数字1, 2, 3から、繰り返して用いることを許して4個取って1列に並べる。
4個の数の和が5の倍数になるような並べ方は何通り:
☞4個の和で最も大きい値は3×4=12であるから、
和が5の倍数になるのは和が5または10のときである。
①和が5のとき、4個の数の組み合わせは(1, 1, 1, 2)である。
これら4個の並べ方は4!/(3!1!)=4通り。
②4個の数のわが10のとき、4個の数の組み合わせは(1, 3, 3, 3), (2, 2, 3, 3)である。
これらの並べ方は、{4!/(1!3!)}+{4!(2!2!)}=4+6=10通り。
①②より求める並べ方の総数は4+10=14通り//
〔例6〕赤いカードと白いカード
(問1)1から9までの数字が書かれた白いカードが1枚ずつ合計9枚あり、
1から3までの数字が書かれた赤いカードが3枚ずつ合計9枚ある。
これら18枚から何枚かを取り出して横に一列に並べる。
ただし、同じ数字の赤いカードは区別しない。 日大(理工)
①2枚並べる並べ方は、全部で何通り:
☞(i)[白・白]のとき、9P2=9・8=72
(ii)[赤・赤]のとき、赤の同じ数字は区別しないことから、
3×3=9 (iii)[赤・白],[白・赤]のとき、[赤(3)・白(9)],[白(9)・赤(3)]となるので、
3×9+9×3=54 よって72+9+54=135通り//
②[赤・白・赤]の順に3枚並べる並べ方は、全部で何通り:
☞[赤(3)・白(9)・赤(3)]となるので、3×9×3=81通り//
③3枚並べる並べ方は、全部で何通り:
☞(i)[白・白・白]のとき、9P3=9・8・7=504
(ii)[白2枚・赤1枚]のとき、[白2枚]は9P2=9・8=72通りある。
[赤1枚]は赤の位置は3通りあり、赤のカードは3C1=3通りあるので9P2×3×3C1=648
(iii)[白1枚・赤2枚]のとき、[白1枚]は、白の位置が3通りあり、
白のカードは9P1=9通りある。[赤2枚]は3×3=9 よって(3×9)×(3×3)=243
(iv)[赤3枚]のとき、33=27 よって504+648+243+27=1422通り//
(問2)5枚の赤いカードのそれぞれに1, 2, 3, 4, 5という数字が書いてあり、
カードに書かれている数字は重複しないものとする。また、5枚の白いカードにも、
赤いカードと同じように1, 2, 3, 4, 5という数字が書かれている。
これら10枚のカードの中から3枚を選ぶ。 日大(薬)
①赤いカードだけを3枚選んで、そこに書かれている3個の数字をすべて使ってできる
3桁の整数は何通り:
☞赤3枚を選んで並べるから、5P3=60通り//
②赤いカードを2枚、白いカードを1枚選ぶとき、白いカードに書かれている数字が、
2枚の赤いカードのどちらかに書かれている数字と一致する選び方は何通り:
☞白の出方は1~5の5通り。
赤の出方は(12, 13, 14, 15), (21, 23, 24, 25), (31, 32, 34, 35),
(41, 42, 43, 45)の4通り。5×4=20通り//
③赤いカードを2枚、白いカードを1枚選んで、そこに書かれている3個の数字を
すべて使ってできる3桁の整数は全部で何通りか。
ただし、3桁の整数は、数字が書かれているカードの色の違いを問わない。
つまり、(赤1・白1・赤5)と(赤1・赤1・白5)は同じと見なす:
☞ (i)赤と白とで一致する数字が含まれている場合: ②より20通り。
さらに(白赤赤)(赤白赤)(白白赤)の場合があるので20×3=60
(ii)赤と白とで一致する数字が含まれない場合:白の出方が1~5の5通り。
赤の出方が白で出た数字以外の4通りから2つ選んで並べるので、5×4P2=60通り。
したがって(i), (ii)より60+60=120通り//
〔例7〕6個の数字1, 2, 3, 4, 5, 6の中の異なる数字を使ってできる4桁の数のうち
4300より大きい数の個数:
☞(i) 43□□となる場合4P2=12 (ii)45□□となる場合4P2=12
(iii)46□□となる場合4P2=12 (iv) 5□□□となる場合5P3=60
(v) 6□□□となる場合5P3=60 これらを加えて156通り //
〔例8〕5個の数字1, 2, 3, 4, 5の中の異なる数字を使って4桁の数を作ると何通り:
(1)3200より大きい数の個数:☞全体から3200以下を引く場合
(i) 1□□□となる場合4P3=24 (ii)2□□□となる場合4P3=24
(iii)31□□となる場合3P2=6 (iv) □□□□となる場合5P4=120
したがって120-(24+24+6)=66通り//
(2)4000より大きい偶数の個数:
☞4□□2, 5□□2, 5□□4より3P2×3=18通り//
〔例9〕4個の数字0, 1, 2, 3から、異なる3個を選んで並べて3桁の整数を作るときの個数:
☞一の位に0がくるときは1, 2, 3から異なる2個を選んで並べるから3P2 =6通り
一の位に2がくるときは百の位には2, 0以外の2通り
十の位には2と百の位の数以外の2通り したがって求める個数は2×2+6=10個 //
〔例10〕0, 1, 2, 3, 4の数字を書いた5枚のカードがある。これらを並べるとき、
①3桁の整数の個数:☞百の位に0がこないので4×4×3=48通り //
②3桁の偶数の個数:
☞ (i) 一の位に0がくる場合4×3=12
(ii) 一の位に0がこない場合、一の位には2, 4の2通りの場合があるので3×3×2=18
よって求める個数は12+18=30通り //
③3桁の3の倍数となる個数:
☞各位の数の和が3の倍数になればよいから、(0, 1, 2)となる場合が2×2=4
(0, 2, 4) となる場合が2×2=4 (1, 2, 3)は3!=6 (2, 3, 4)は3!=6
よって求める個数は4+4+6+6=20通り //
〔例11〕6個の数字0, 1, 2, 3, 4, 5の数字を1つずつ使ってできる6桁の整数を小さい方から
順に並べるとき、
①1番目の整数:☞102345 //
②7番目の整数:☞上3桁が102であるものは、下3桁に3, 4, 5を並べたものであるから、
3 != 6個ある。よって7番目の整数は、上3桁が103であるもののうちの最小の数で103245 //
③300番目の整数:☞最上位が1または2であるものは全部で2×5!= 240個。
上2桁が30または31であるものは全部で2×4!=48個。
上3桁が320または321であるものは全部で2×3!=12個。
よって240+48+12=300。
300番目の整数は上3桁が321であるもののうち最大のものだから321540 //
④453201は何番目か:☞題意の整数は全部で5×5!= 600個。
その中で最上位が5のものは5!= 152個。最上位が4で最大であるものは453210。
次が453201となるから、543201は前から数えると600-120-2+1=479番目//
〔例12〕7個の数字0, 1, 2, 3, 4, 5, 6から、異なる5個を選んで並べて5桁の整数を作るとき
奇数の個数: ☞一の位には、1, 3, 5のどれかがくるから3通り(3P1)
万の位には、一の位と0以外の5個の数のうちのどれかがくるから5通り(5P1)
その他の位は残りの5個から3個を選ぶので5P3
したがって求める個数は3×5×5P3=500個 //
〔例13〕7個の数字0, 1, 2, 3, 4, 5, 6から、異なる4個を選んで並べて4桁の整数を作るとき、
4500より大きい奇数の個数:
☞(i) [45□奇]より、奇には1, 3の2通り。□には「4, 5と奇に使う数字」以外の4通り。
4×2=8//
(ii) [46□奇]より、奇には1, 3, 5の3通り。□には「4, 6と奇に使う数字」以外の4通り
4×3=12//
(iii) [5□□奇] より、□には「5と奇に使う数字」以外の5個から2個選んで並べるから5P2。
奇には1, 3の2通り。 よって5P2×2=40 //
(iv) [6□□奇] より、□には6以外の5個から2個選んで並べるから5P2。
奇には1, 3, 5の3通り。5P2×3=60 したがって総数は8+12+40+60=120通り.//
〔例15〕8個の数字1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8のすべてを左から順に1列に並べるとき:
①1と2が左から3番目までに並ぶ並べ方:
☞□□□xxxxxより、□□□には○○△、○△○、△○○のように○に1か2がくるので
6通り(3P2)。△には1, 2以外の数字が6通りくる。
xxxxxは残りの5種類の数字を並べるので5P5 したがって、6×6×5P5=4320//
②1と2と3は左から4番目までに並び、6と7と8は左から5番目以降にあるような並べ方:
☞□□□□xxxxより、□□□□が4P4、xxxxが4P4
□□□□にもxxxxにも、□□□4, □□4□, □4□□, 4□□□,5xxx, x5xx, xx5x, xxx5
のように4か5が入り、2通り (□には1と2と3が並び、xxxには6と7と8が並ぶ)
したがって、4P4×4P4×2=1152通り//
〔例16〕4桁の整数nの千の位、百の位、十の位、一の位を、それぞれa, b, c, dとする
①a>b>c>dとなる場合: ☞10C4=210通り//
②a<b<c<dとなる場合:
☞a=0となる場合はないから、1~9の9個の数字から異なる4個を選んで、
小さい方から順にa, b, c, dとすると、求める個数は9C4=126通り//
③a≧b>c>dとなる場合:
☞(i) a>b>c>d となる場合:10C4=210
(ii) a=b>c>dとなる場合:a=bより、10C3=120 ゆえに210+120=330
〔注意〕条件つきの数字の場合はC(組合せ)
〔例17〕1から9までの整数から、異なる3つの数を取り出したとき、次の場合は何通りあるか。
①奇数を少なくとも1つ含む。:
☞1から9までの9つの整数から、3つの数を選ぶ場合の数から、
2, 4, 6, 8の4つの偶数から3つの数を選ぶ場合の数を引くと、9C3-4C3=84-4=80通り//
②最大の数が6になる。:
☞最大の数である6を選び、さらに1から5までの整数から2つの整数を選ぶと5C2=10通り//
〔例18〕1から10までの整数a1 a2 a3 a4 a5……a10の順列で、
条件a1<a4<a7<a10, a2<a5<a8, a3<a6<a9をすべて満たすものは何通りか:
☞10個の整数を4個, 3個, 3個の3つのグループA, B, Cに分けて、
小さいものから順に
Aからa1, a4, a7, a10, Bからa2, a5, a8, Cからa3, a6, a9を決めると、
条件をすべて満たす順列ができる。
よって、その順列の総数は10C4×6C3×3C3=4200通り //
〔例19〕problemの7文字すべてを使ってできる順列について、
pがbより左にあり、pとbの間に文字が2つあるものの総数を求める:
☞□にp,b以外の文字が入ると考えると、pがbより左にあり、
pとbの間に文字が2つある場合は次の4通りある。
p□□b□□□, □p□□b□□, □□p□□b□, □□□p□□b
これらの4つの形の順列は5!×4=120×4=480通り//
〔例20〕3種の文字a, b, cを繰り返し用いてn個の文字からなる列を作るとき
a, b, cがすべて含まれている列は何通り:
☞(i) 2種類の文字a, bを繰り返して用いてn個の文字からなる列を作ると、
その総数は2n通り。このうち1種の文字だけを用いるものは(a, a), (b, b)の2通り。
したがって、a, bの両方が含まれている列は(2n-2)通り。
(ii) 3種の文字をa, b, c繰り返し用いてn個の文字からなる列を作るとその総数は3n個。
このうち2種の文字だけを用いるものは、3C2(2n-2)= 3(2n-2)通り。
(iii) 1種の文字だけを用いるものは、3通り。
(iv) (i)~(iii)より3種の文字a, b, cがすべて含まれている列は、
3n-3(2n-2)-3=3n-3・2n+3通り//
(n人が3つの部屋A, B, Cに入るとき空き部屋がない場合と同じ)区別
〔例21〕4種の文字a, b, c, dを繰り返し用いてn個の文字からなる列を作るとき
a, b, c, dがすべて含まれている列は何通り:
☞(i) 4種の文字a, b, c, dを繰り返し用いてn個の文字からなる列を作ると、
その総数は4n通り。このうちa, b, c, dの中の3種の文字だけを用いるものは
4C3(3n-3・2n+3)=4・(3n-3・2n+3)通り
(ii) 2種の文字だけを用いるものは(1)より4C2(2n-2)=6(2n-2)通り
(iii) 1種の文字だけを用いるものは4通り
(iv) (i)~(iii)より4種の文字a, b, c, dがすべて含まれている列は、
4n-4(3n-3・2n+3)-6(2n-2)-4=4n-4・3n+6・2n-4通り//
〔例22〕6種類の文字a, b, c, d, e, fを重複を許して1個以上3個以内の記号を並べる。:
☞①文字を1個並べる総数は6通り。
②文字を2個並べる総数は62通り。
③文字を3個並べる総数は63通り。よって、求める並べ方は6+36+216=258通り//
〔例23〕1,2,3,4,5を書いたカードがそれぞれ3枚ずつ、合計15枚ある。
これらの15枚のカードから4枚を選んで横に一列に並べて4桁の整数を作る。
異なる整数は全部で何個か。
また、この整数の中で、同じ数字が2枚まで使われている整数は全部で何個か:
(i)4種類の異なる数字ABCDの場合: ☞5P4=5・4・2・3=120 (日大統一)
(ii)3種類の異なる数字AABCの場合:
☞ABCの選び方は5C1×4C2, AABCの並び方は
4!/2! よって5C1×4C2×(4!/2!)=360
(iii)2種類の異なる数字で、同じものが3枚AAABの場合: ☞5C1×4C1×(4!/3!)=80
(iv) 2種類の異なる数字で、同じものが2枚AABBの場合: ☞5C2×{4!/(2!3!)}=60
よって120+360+80+60=620個//
☞また、同じ数字が2枚まで使われている整数の個数は、すべての個数から同じ数字が
3枚以上のものAAAB(80通り)を引くと求められるので、620-80=540個//
〔例24〕A,A,B,C,Dの5文字を横に一列に並べる。並べ方の総数は何通りか。
また、列の両端にAが現れない並べ方の総数は何通りか: (日大統一)
☞並べ方の総数は、5!/2!=60通り//両端にAが現れない並べ方は、
両端がA以外となるのはB,C,D から2つを選ぶ並び方である3P2,
両端が決まると両端以外の3つはAAX, AXA, X AAのXに
両端以外の1つがくるので3通り。よって3P2×3=18通り//