Giải SGK Toán 10 Bài 2 (Cánh diều): Hoán vị. Chỉnh hợp

Giải bài tập Toán lớp 10 Bài 2: Hoán vị. Chỉnh hợp

Giải Toán 10 trang 11 Tập 2

Câu hỏi khởi động trang 11 Toán lớp 10 Tập 2: Trong vòng đấu loại trực tiếp của giải bóng đá, nếu sau khi kết thúc 90 phút thi đấu và hai hiệp phụ mà kết quả vẫn hòa thì loạt đá luân lưu 11 m sẽ được thực hiện. Trước hết, mỗi đội cử ra 5 cầu thủ thực hiện loạt đá luân lưu.

Trong toán học, mỗi cách sắp xếp thứ tự đá luân lưu của 5 cầu thủ được gọi là gì?

Lời giải:

Sau bài học này, ta sẽ biết được mỗi cách sắp xếp thứ tự đá luân lưu của 5 cầu thủ được gọi là một hoán vị của 5 cầu thủ đó.

I. Hoán vị

Hoạt động 1 trang 11 Toán lớp 10 Tập 2: Huấn luyện viên chọn 5 cầu thủ An, Bình, Cường, Dũng, Hải đá luân lưu 11 m. Nêu ba cách xếp thứ tự đá luân lưu của 5 cầu thủ trên.

Lời giải:

Ta có thể xếp thứ tự đá luân lưu của 5 cầu thủ như sau:

Cách 1: An → Bình → Cường → Dũng → Hải.

Cách 2: Bình → Cường → An → Dũng → Hải.

Cách 3: Hải → Dũng → Bình → Cường → An.

Hoạt động 2 trang 11 Toán lớp 10 Tập 2: Một lớp được chia thành 3 nhóm A, B, C để tham gia hoạt động thực hành trải nghiệm. Sau khi các nhóm thực hiện xong hoạt động, giáo viên sắp xếp thứ tự trình bày của 3 nhóm.

a) Có bao nhiêu cách chọn nhóm trình bày thứ nhất?

b) Sau khi đã chọn nhóm trình bày thứ nhất, có bao nhiêu cách chọn nhóm trình bày thứ hai?

c) Sau khi đã chọn 2 nhóm trình bày thứ nhất và thứ hai, có bao nhiêu cách chọn nhóm trình bày thứ ba?

d) Với mỗi cách chọn 3 nhóm như trên, giáo viên tạo ra một hoán vị của 3 phần tử. Tính số các hoán vị được tạo ra.

Lời giải:

a) Vì có tất cả là 3 nhóm khác nhau trong lớp, nên có 3 cách chọn nhóm trình bày thứ nhất (chọn A, hoặc B, hoặc C).

b) Sau khi đã chọn nhóm trình bày thứ nhất, thì còn lại 2 nhóm chưa trình bày, do đó có 2 cách chọn nhóm trình bày thứ hai.

c) Sau khi đã chọn 2 nhóm trình bày thứ nhất và thứ hai, thì lớp còn lại 1 nhóm chưa trình bày, vậy có 1 cách chọn nhóm trình bày thứ ba.

c) Việc chọn thứ tự nhóm trình bày là ta thực hiện ba hành động liên tiếp: chọn nhóm trình bày thứ nhất, chọn nhóm trình bày thứ hai và chọn nhóm trình bày thứ ba.

Theo quy tắc nhân, số cách chọn thứ tự nhóm trình bày hay chính là số các hoán vị của 3 phần tử là: 3 . 2 . 1 = 6.

Vậy số các hoán vị được tạo ra là 6.

Luyện tập 1 trang 11 Toán lớp 10 Tập 2: Có bao nhiêu số gồm sáu chữ số đôi một khác nhau được tạo thành từ các chữ số 1, 2, 3, 4, 5, 6?

Lời giải:

Mỗi cách tạo ra một số gồm sáu chữ số đôi một khác nhau từ các chữ số 1, 2, 3, 4, 5, 6 là một hoán vị của 6 phần tử.

Vậy số số gồm sáu chữ số thỏa mãn yêu cầu bài toán được tạo thành là:

P₆ = 6! = 6 . 5 . 4 . 3 . 2 . 1 = 720 (số).

II. Chỉnh hợp

Giải Toán 10 trang 12 Tập 2

Hoạt động 3 trang 12 Toán lớp 10 Tập 2: Cho 3 điểm A, B, C không thẳng hàng. Liệt kê các vectơ (khác $\overrightarrow{0}$ ) có điểm đầu và điểm cuối là 2 trong 3 điểm đã cho.

Lời giải:

Một vectơ khác vectơ thì có điểm đầu và điểm cuối khác nhau.

Để tạo ra một vectơ thỏa mãn yêu cầu bài toán, ta phải chọn 2 trong 3 điểm A, B, C và xác định thứ tự 2 điểm đó.

Các vectơ lập được là: .$\overrightarrow{AB},\overrightarrow{BA},\overrightarrow{AC},\overrightarrow{CA},\overrightarrow{BC},\overrightarrow{CB}$

Hoạt động 4 trang 12 Toán lớp 10 Tập 2: Một lớp có 4 nhóm học tập được đặt tên là A, B, C, D. Giáo viên thực hiện hành động sau: chọn 2 nhóm trong 4 nhóm, sau đó sắp xếp thứ tự trình bày của 2 nhóm đã được chọn ra. Nêu 4 kết quả thực hiện hành động của giáo viên.

Lời giải:

4 kết quả thực hiện hành động của giáo viên, chẳng hạn:

+ Chọn 2 nhóm trong 4 nhóm: giáo viên chọn nhóm A và nhóm B, tiếp theo xếp thứ tự trình bày hai nhóm A và B, có 2 cách:

– Nhóm A trình bày trước rồi đến nhóm B.

– Nhóm B trình bày trước rồi đến nhóm A.

+ Chọn 2 nhóm khác trong 4 nhóm: giáo viên chọn nhóm C và nhóm D, tiếp theo xếp thứ tự trình bày hai nhóm C và D, có 2 cách:

– Nhóm C trình bày trước rồi đến nhóm D.

– Nhóm D trình bày trước rồi đến nhóm C.

Vậy là ta có 4 kết quả thực hiện hành động của giáo viên như trên.

Ngoài ra, ta cũng có thể chọn 2 nhóm trước là A và C rồi xếp thứ tự 2 nhóm này, hoặc là chọn 2 nhóm khác trước bất kì trong 4 nhóm A, B, C, D rồi xếp thứ tự hai nhóm đó, ta sẽ được các kết quả khác.

Giải Toán 10 trang 13 Tập 2

Hoạt động 5 trang 13 Toán lớp 10 Tập 2: Một lớp được chia thành 5 nhóm A, B, C, D, E để tham gia hoạt động thực hành trải nghiệm. Sau khi các nhóm thực hiện xong hoạt động, giáo viên chọn 3 nhóm trong 5 nhóm và sắp xếp thứ tự trình bày kết quả hoạt động của 3 nhóm đã được chọn ra.

a) Có bao nhiêu cách chọn nhóm trình bày thứ nhất?

b) Sau khi đã chọn nhóm trình bày thứ nhất, có bao nhiêu cách chọn nhóm trình bày thứ hai?

c) Sau khi đã chọn 2 nhóm trình bày thứ nhất và thứ hai, có bao nhiêu cách chọn nhóm trình bày thứ ba?

d) Với mỗi cách chọn 3 nhóm như trên, giáo viên tạo ra một chỉnh hợp chập 3 của 5 phần tử. Tính số các chỉnh hợp được tạo ra.

Lời giải:

a) Có 5 nhóm A, B, C, D, E, giáo viên chọn 3 nhóm bất kì trong 5 nhóm này.

Do đó khi chọn nhóm trình bày thứ nhất trong 3 nhóm được chọn ra, chính là chọn ra 1 nhóm từ 5 nhóm trên để trình bày thứ nhất. Có 5 cách chọn.

Vậy có 5 cách chọn nhóm trình bày thứ nhất.

b) Khi đã chọn được nhóm trình bày thứ nhất rồi, ta chọn tiếp 1 nhóm trong 4 nhóm còn lại để trình bày thứ hai. Vậy có 4 cách chọn nhóm trình bày thứ hai.

c) Khi đã chọn được nhóm trình bày thứ nhất và thứ hai, ta chọn tiếp 1 nhóm trong 3 nhóm còn lại để trình bày thứ ba. Vậy có 3 cách chọn nhóm trình bày thứ ba.

d) Với mỗi cách chọn 3 nhóm như trên, giáo viên tạo ra một chỉnh hợp chập 3 của 5 phần tử, việc chọn bộ ba nhóm như thế chính là việc thực hiện ba hành động liên tiếp: chọn nhóm trình bày thứ nhất, chọn nhóm trình bày thứ hai và chọn nhóm trình bày thứ ba.

Do đó, theo quy tắc nhân, số các chỉnh hợp chập 3 của 5 phần tử là: 5 . 4 . 3 = 60.

Vậy số các chỉnh hợp được tạo ra là 60.

Giải Toán 10 trang 14 Tập 2

Hoạt động 6 trang 14 Toán lớp 10 Tập 2: Ta có thể tính số các hoán vị và số các chỉnh hợp bằng máy tính cầm tay như sau:

Lời giải:

Thực hiện bấm máy tính theo hướng dẫn.

Luyện tập 2 trang 14 Toán lớp 10: Từ các chữ số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ta lập được bao nhiêu số tự nhiên:

Lời giải:

Việc chọn ra 5 cầu thủ đá luân lưu từ đội bóng có 11 cầu thủ chính là thực hiện chọn 5 cầu thủ từ 11 cầu thủ và xếp thứ tự đá cho 5 cầu thủ được chọn đó. Mỗi cách xếp 5 cầu thủ này để đá luân lưu chính là một chỉnh hợp chập 5 của 11.

Vậy có = 11 . 10 . 9 . 8 . 7 = 55 440 (cách chọn 5 cầu thủ đá luân lưu).

Bài tập

Bài 1 trang 14 Toán lớp 10 Tập 2: Từ các chữ số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ta lập được bao nhiêu số tự nhiên:

a) Gồm 8 chữ số đôi một khác nhau?

b) Gồm 6 chữ số đôi một khác nhau?

Lời giải:

a) Mỗi cách lập một số gồm 8 chữ số đôi một khác nhau là một hoán vị của 8 phần tử.

Vậy ta lập được P₈ = 8! = 8 . 7. 6 . 5 . 4 . 3 . 2 . 1 = 40 320 số gồm 8 chữ số đôi một khác nhau.

b) Mỗi cách lập một số gồm 6 chữ số đôi một khác nhau là một chỉnh hợp chập 6 của 8.

Vậy ta lập được $A_8^6$ = 8 . 7 . 6 . 5 . 4 . 3 = 20 160 số gồm 6 chữ số đôi một khác nhau.

Bài 2 trang 14 Toán lớp 10 Tập 2: Trong chương trình ngoại khoá giáo dục truyền thống, 60 học sinh được trường tổ chức cho đi xem phim. Các ghế ở rạp được sắp thành các hàng. Mỗi hàng có 20 ghế.

a) Có bao nhiêu cách sắp xếp 20 bạn để ngồi vào hàng đầu tiên?

b) Sau khi sắp xếp xong hàng đầu tiên, có bao nhiêu cách sắp xếp 20 bạn để ngồi vào hàng thứ hai?

c) Sau khi sắp xếp xong hai hàng đầu, có bao nhiêu cách sắp xếp 20 bạn để ngồi vào hàng thứ ba?

Lời giải:

a) Việc sắp xếp 20 bạn ngồi vào hàng đầu tiên chính là việc thực hiện hành động chọn ra 20 bạn học sinh trong 60 học sinh và xếp thứ tự 20 bạn đó. Mỗi cách xếp như vậy chính là một chỉnh hợp chập 20 của 60.

Vậy có $A_{60}^{20}$ cách sắp xếp 20 bạn để ngồi vào hàng đầu tiên.

b) Sau khi sắp xếp xong 20 bạn vào hàng đầu tiên thì còn lại 60 – 20 = 40 học sinh, tương tự ta lại tiếp tục chọn ra 20 bạn trong 40 bạn này để xếp vào hàng ghế thứ hai.

Vậy có $A_{40}^{20}$ cách sắp xếp 20 bạn để ngồi vào hàng thứ hai.

c) Sau khi sắp xếp xong hai hàng đầu, thì còn lại 60 – 20 – 20 = 20 học sinh. Ta xếp 20 học sinh này vào hàng ghế thứ ba.

Vậy có $A_{20}^{20}=P_{20}$ cách sắp xếp 20 bạn để ngồi vào hàng thứ ba.

Bài 3 trang 14 Toán lớp 10 Tập 2: Bạn Việt chọn mật khẩu cho email của mình là một dãy gồm 8 kí tự đôi một khác nhau, trong đó có 3 kí tự đầu tiên là 3 chữ cái trong bảng gồm 26 chữ cái in thường và 5 kí tự tiếp theo là chữ số. Bạn Việt có bao nhiêu cách tạo ra mật khẩu?

Lời giải:

Để tạo ra một mật khẩu, bạn Việt thực hiện hai hành động liên tiếp sau:

+ Thứ nhất, chọn 3 kí tự đầu tiên chính là chọn 3 chữ cái trong 26 chữ cái và xếp thứ tự ba chữ cái đó. Mỗi cách xếp là một chỉnh hợp chập 3 của 26. Do đó, có cách chọn 3 kí tự đầu tiên.

+ Thứ hai, chọn 5 kí tự tiếp theo chính là chọn 5 chữ số trong 10 chữ số (từ 0 đến 9) và xếp thứ tự 5 chữ số đó. Mỗi cách xếp là một chỉnh hợp chập 5 của 10. Do đó, có cách chọn 5 kí tự tiếp theo.

Theo quy tắc nhân, vậy bạn Việt có $A_{26}^3.A_{10}^5$ = 471 744 000 (cách tạo ra mật khẩu).

Bài 4 trang 14 Toán lớp 10 Tập 2: Mỗi máy tính tham gia vào mạng phải có một địa chỉ duy nhất, gọi là địa chỉ IP, nhằm định danh máy tính đó trên Internet. Xét tập hợp A gồm các địa chỉ IP có dạng 192.168.abc.deg, trong đó a, d là các chữ số khác nhau được chọn ra từ các chữ số 1, 2, còn b, c, e, g là các chữ số đôi một khác nhau được chọn ra từ các chữ số 0, 1, 2, 3, 4, 5. Hỏi tập hợp A có bao nhiêu phần tử?

Lời giải:

Tập hợp A gồm các địa chỉ IP có dạng 192.168.abc.deg.

+ Chọn a từ các chữ số 1, 2, có 2 cách chọn a.

+ Chọn d từ các chữ số 1, 2, sao cho a, d khác nhau, do đó có 1 cách chọn d.

+ b, c, e, g là các chữ số đôi một khác nhau được chọn từ các chữ số 0, 1, 2, 3, 4, 5, mỗi cách chọn các chữ số b, c, e, g là một chỉnh hợp chập 4 của 6, do đó có $A_6^4=360$ cách chọn.

Theo quy tắc nhân, số phần tử của tập hợp A chính là số cách lập được các địa chỉ IP thỏa mãn và là 2 . 1 . 360 = 720.

Vậy tập hợp A có 720 phần tử.

Bài 5 trang 14 Toán lớp 10 Tập 2: Một nhóm 22 bạn đi chụp ảnh kỷ yếu. Nhóm muốn trong bức ảnh có 7 bạn ngồi ở hàng đầu và 15 bạn đứng ở hàng sau. Có bao nhiêu cách xếp vị trí chụp ảnh như vậy?

Lời giải:

Việc xếp vị trí chụp ảnh là việc thực hiện hai hành động liên tiếp:

+ Thứ nhất, chọn ra 7 bạn trong 22 bạn để ngồi ở hàng đầu và xếp thứ tự 7 bạn đó. Mỗi cách xếp là một chỉnh hợp chập 7 của 22. Do đó, có $A_{22}^7$ cách.

+ Thứ hai, còn lại 22 – 7 = 15 bạn, xếp thứ tự 15 bạn đứng ở hàng sau. Mỗi cách xếp 15 bạn là một hoán vị của 15 phần tử. Do đó, có P₁₅ = 15! cách.

Theo quy tắc nhân, vậy số cách xếp vị trí chụp ảnh để 7 bạn ngồi ở hàng đầu và 15 bạn đứng ở hàng sau là: $A_{22}^7.15!$ (cách).

Xem thêm các bài giải SGK Toán 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 1: Quy tắc cộng. Quy tắc nhân. Sơ đồ hình cây

Bài 2: Hoán vị. Chỉnh hợp

Bài 3: Tổ hợp

Bài 4: Nhị thức Newton

Bài tập cuối chương 5