Kombinační čísla
Úlohy
Odkazy na úlohy podle témat:
Kombinační čísla
Pascalův trojúhelník
Binomická věta
Kombinační čísla
Úloha 4.1
Vypočítejte:
a) \displaystyle{8 \choose 2} |
b) \displaystyle{8 \choose 6} |
c) \displaystyle{10 \choose 7} |
d) \displaystyle{15 \choose 12} |

Výsledky:
a) \boldsymbol{28}
b) \boldsymbol{28}
c) \boldsymbol{120}
d) \boldsymbol{455}
Úloha 4.2
Jediným kombinačním číslem vyjádřete tyto součty:
a) \displaystyle{10 \choose 4} + \displaystyle{10 \choose 5} |
b) \displaystyle{13 \choose 2} + \displaystyle{13 \choose 10} |
c) \displaystyle{6 \choose 3} + \displaystyle{6 \choose 4} + \displaystyle{7 \choose 5} |

Výsledky:
a) \boldsymbol{\displaystyle{11 \choose 5}} |
b) \boldsymbol{\displaystyle{14 \choose 3}} |
c) \boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 5}} |
Použijeme vlastnosti
\displaystyle{n \choose k} + \displaystyle{n \choose k+1} = \displaystyle{n+1 \choose k+1} |
\displaystyle{n \choose k} = \displaystyle{n \choose n-k} |
Úloha 4.3
Vyjádřete jediným kombinačním číslem:
\displaystyle{5 \choose 5} + \displaystyle{6 \choose 5} + \displaystyle{7 \choose 5} + \displaystyle{8 \choose 5} + \displaystyle{9 \choose 5} |

Výsledek:
\boldsymbol{\displaystyle{10 \choose 6}} |
\displaystyle{5 \choose 5} = 1 = \displaystyle{6 \choose 6}, dále použijeme vlastnost
|
\displaystyle{n \choose k} + \displaystyle{n \choose k+1} = \displaystyle{n+1 \choose k+1} |
Úloha 4.4
Určete součet:
\displaystyle{2 \choose 2} + \displaystyle{3 \choose 2} + \displaystyle{4 \choose 2} + \displaystyle{5 \choose 2} + \ldots + \displaystyle{19 \choose 2} + \displaystyle{20 \choose 2} |

Výsledek:
\displaystyle{21 \choose 3} = \boldsymbol{1\,330} |
Úloha 4.5
V množině přirozených čísel řešte rovnice s neznámou
x:
a) \displaystyle{9 \choose 4} \cdot x = \displaystyle{10 \choose 5} |
b) \displaystyle{x \choose 2} + \displaystyle{x-1 \choose 2} = 4 |
c) \displaystyle{x \choose 2} + \displaystyle{x+3 \choose 2} = 4 |
d) \displaystyle{x-1 \choose x-3} + \displaystyle{x-2 \choose x-4} = 9 |
e) \displaystyle{x+1 \choose 2} + \displaystyle{x \choose 2} = 4 \displaystyle{n \choose n}, n je přirozené číslo
|
f) \displaystyle{x-1 \choose 2} - \displaystyle{x \choose 0} = \dfrac{n!}{2n(n-1)(n-2)!} \cdot \displaystyle{x \choose 2}, n \geq 2 je přirozené číslo
|

Výsledky:
a) \boldsymbol{\{2\}}
b) \boldsymbol{\{3\}}
c) \boldsymbol{\{\}}
d) \boldsymbol{\{5\}}
e) \boldsymbol{\{2\}}
f) \boldsymbol{\{5\}}
a)
\displaystyle{9 \choose 4} \cdot x = \displaystyle{10 \choose 5} |
126 x = 252 |
x = 2 |
b)
\displaystyle{x \choose 2} + \displaystyle{x-1 \choose 2} = 4 |
\dfrac{x(x-1)}{2} + \dfrac{(x-1)(x-2)}{2} = 4 |
x^2-2x-3 = 0 |
x_1 = -1, x_2 = 3 |
Řešením je pouze
x_2.
c)
\displaystyle{x \choose 2} + \displaystyle{x+3 \choose 2} = 4 |
\dfrac{x(x-1)}{2} + \dfrac{(x+3)(x+2)}{2} = 4 |
x^2+2x-1 = 0 |
x_1 = -1-\sqrt{2}, x_2 = -1+\sqrt{2} |
Řešením mohou být pouze přirozená čísla, úloha tedy nemá řešení.
d)
\displaystyle{x-1 \choose x-3} + \displaystyle{x-2 \choose x-4} = 9 |
\dfrac{(x-1)(x-2)}{2} + \dfrac{(x-2)(x-3)}{2} = 9 |
x^2-4x-5 = 0 |
x_1 = -1, x_2 = 5 |
Řešením je pouze
x_2.
e)
\displaystyle{x+1 \choose 2} + \displaystyle{x \choose 2} = 4 \displaystyle{n \choose n}, n, n je přirozené číslo |
\dfrac{(x+1)x}{2} + \dfrac{x(x-1)}{2} = 4 |
x^2-4 = 0 |
x_1 = -2, x_2 = 2 |
Řešením je pouze
x_2.
f)
\displaystyle{x-1 \choose 2} - \displaystyle{x \choose 0} = \dfrac{n!}{2n(n-1)(n-2)!} \cdot \displaystyle{x \choose 2}, n \geq 2 je přirozené číslo |
\displaystyle{x-1 \choose 2} - 1 = \dfrac{1}{2} \cdot \displaystyle{x \choose 2} |
\dfrac{(x-1)(x-2)}{2} - 1 = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{x(x-1)}{2} |
x^2-5x = 0 |
x_1 = 0, x_2 = 5 |
Řešením je pouze
x_2.
Úloha 4.6
V množině přirozených čísel řešte nerovnice:
a) \displaystyle{y+1 \choose 2} + \displaystyle{y+4 \choose 2} + \displaystyle{y+7 \choose 2} < 93 |
b) \displaystyle{y \choose 2} + \displaystyle{y+3 \choose 2} + \displaystyle{y+6 \choose 2} < 100 |
c) \displaystyle{y+2 \choose 2} \geq \displaystyle{y \choose 2} + 1 |

Výsledky:
a) \boldsymbol{\{1,2,3\}}
b) \boldsymbol{\{2,3,4,5\}}
c) \boldsymbol{\{y \in \mathbb{N};\ y \geq 2\}}
a)
\displaystyle{y+1 \choose 2} + \displaystyle{y+4 \choose 2} + \displaystyle{y+7 \choose 2} < 93 |
\dfrac{y(y+1)}{2} + \dfrac{(y+4)(y+3)}{2} + \dfrac{(y+7)(y+6)}{2} < 93 |
y^2+7y-44 < 0 |
y \in (-11;\, 4) |
Řešením jsou jen přirozená čísla, tedy čísla
1,2,3.
b)
\displaystyle{y \choose 2} + \displaystyle{y+3 \choose 2} + \displaystyle{y+6 \choose 2} < 100 |
\dfrac{y(y-1)}{2} + \dfrac{(y+3)(y+2)}{2} + \dfrac{(y+6)(y+5)}{2} < 100 |
3y^2+15y-164 < 0 |
y \in (-10{,}3049;\, 5{,}3049) |
Řešením jsou jen přirozená čísla větší než jedna, tedy čísla
2,3,4,5.
c)
\displaystyle{y+2 \choose 2} \geq \displaystyle{y \choose 2} + 1 |
\dfrac{(y+2)(y+1)}{2} \geq \dfrac{y(y-1)}{2} + 1 |
y^2+3y+2 \geq y^2-y+2 |
y \geq 0 |
Řešením jsou přirozená čísla větší než jedna, tedy čísla
2,3,4,5,\ldots
Pascalův trojúhelník
Úloha 4.7
Napište devátý řádek Pascalova trojúhelníku (oba tvary).

Výsledek:
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 0}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 1}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 2}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 3}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 4}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 5}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 6}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 7}} |
|
\boldsymbol{\displaystyle{8 \choose 8}} |
\boldsymbol{1} |
|
\boldsymbol{8} |
|
\boldsymbol{28} |
|
\boldsymbol{56} |
|
\boldsymbol{70} |
|
\boldsymbol{56} |
|
\boldsymbol{28} |
|
\boldsymbol{8} |
|
\boldsymbol{1} |
Úloha 4.8
Desátý řádek Pascalova trojúhelníku má tvar
1 \quad 9 \quad 36 \quad 84 \quad 126 \quad 126 \quad 84 \quad 36 \quad 9 \quad 1
Odvoďte z něj následující (jedenáctý) řádek Pascalova trojúhelníku.

Výsledek:
\boldsymbol{1 \quad 10 \quad 45 \quad 120 \quad 210 \quad 252 \quad 210 \quad 120 \quad 45 \quad 10 \quad 1}
Binomická věta
Úloha 4.9
Podle binomické věty rozveďte:
a) (a+b)^5
b) (a-b)^5

Výsledky:
a) \boldsymbol{a^5 + 5a^4b + 10a^3b^2 + 10a^2b^3 + 5ab^4 + b^5}
b) \boldsymbol{a^5 - 5a^4b + 10a^3b^2 - 10a^2b^3 + 5ab^4 - b^5}
Úloha 4.10
Vypočtěte podle binomické věty:
a) \left( x^2-1 \right)^5
b) \left( \sqrt{3} + \sqrt{2} \right)^4
c) \left( \sqrt{3} - i\sqrt{3} \right)^6
d) (2a-3b)^5 + (2a+3b)^5

Výsledky:
a) \boldsymbol{x^{10} - 5x^8 + 10x^6 - 10x^4 + 5x^2 - 1}
b) \boldsymbol{49 + 20\sqrt{6}}
c) \boldsymbol{216\,i}
d) \boldsymbol{64\,a^5 + 1\,440\,a^3b^2 + 1\,620\,ab^4}
Úloha 4.11
Užitím binomické věty vypočítejte
a) 1{,}02^5
b) 0{,}98^5
Nápověda
a) 1{,}02 = (1 + 0{,}02)^5
b) 0{,}98 = (1 - 0{,}02)^5

Výsledky:
a) \boldsymbol{1{,}104\,080\,803\,2}
b) \boldsymbol{0{,}903\,920\,796\,8}
Úloha 4.12
Užitím binomické věty vypočítejte
s přesností na tři desetinná místa 1{,}05^7.

Výsledek: \boldsymbol{1{,}407}
Úloha 4.13
Určete:
a) třetí člen binomického rozvoje výrazu (x-10)^9
|
b) předposlední člen binomického rozvoje výrazu
\left( t+10^{-2} \right)^{20} |
c) pátý člen binomického rozvoje výrazu
\left( y - \dfrac{2}{\sqrt{y}} \right)^8 |

Výsledky:
a) \boldsymbol{3\,600\,x^7}
b) \boldsymbol{2t \cdot 10^{-37}}
c) \boldsymbol{1\,120\,y^2}
Úloha 4.14
Určete koeficient pátého členu výrazu \left( x^2 + \sqrt{y} \right)^{8}.

Výsledek: \boldsymbol{70}
Úloha 4.15
Vypočtěte dva prostřední členy rozvoje výrazu
\left( \sqrt[3]{x} - 2x\sqrt{x} \right)^{19}.

Výsledek:
desátý člen \ldots -2^9 \cdot \displaystyle{19 \choose 9}x^{16} \sqrt[6]{x^5} |
jedenáctý člen \ldots 2^{10} \cdot \displaystyle{19 \choose 10}x^{18} |
Úloha 4.16
Vypočítejte kladné číslo x, je-li
a) pátý člen rozvoje výrazu \left( 1+\sqrt{x} \right)^{10} roven 840,
b) sedmý člen rozvoje výrazu \left( x - i\sqrt[3]{2} \right)^{10} roven -8{,}4.

Výsledky:
b)\boldsymbol{\left\{\dfrac{\sqrt{10}}{10}\right\}} |
a) pátý člen rozvoje výrazu \left( 1+\sqrt{x} \right)^{10} má tvar
\displaystyle{10 \choose 4}1^{10-4}\left(\sqrt{x}\right)^4, po úpravě 210x^2 |
210x^2 = 840
x^2 = 4
(x-2)(x+2) = 0
x_1=2, x_2=-2
x má být kladné číslo, řešením je proto jen číslo 2.
b) sedmý člen rozvoje výrazu \left( x - i\sqrt[3]{2} \right)^{10} má tvar
\displaystyle{10 \choose 6}1^{10-4}x^{10-6}\left(-i\sqrt[3]{2}\right)^6, po úpravě -840x^4 |
-840x^4 = -8{,}4
x^4 = 0{,}01
\left( x^2+0{,}1 \right) \left( x^2-0{,}1 \right) = 0
x má být kladné číslo, proto dále hledáme kořeny rovnice
x^2-0{,}1 = 0
\left( x+\sqrt{0{,}1} \right) \left( x-\sqrt{0{,}1} \right) = 0
x má být kladné číslo, řešením je proto jen číslo \sqrt{0{,}1} = \sqrt{1/10} = \sqrt{10}/10.
Úloha 4.17
Kolikátý člen binomického rozvoje výrazu
a) \left( 3x^2 - \dfrac{1}{x} \right)^{10} obsahuje x^8,
|
b) \left( x^3 + \dfrac{1}{x} \right)^{12} neobsahuje x? (Jde o tzv. absolutní člen.)
|

Výsledky:
a) pátý člen
b) desátý člen
Úloha 4.18
Vypočítejte ten člen binomického rozvoje výrazu
\left( \sqrt{x} + \dfrac{1}{x} \right)^{21}, který neobsahuje x. |

Výsledek:
\displaystyle{21 \choose 7} = \boldsymbol{116\,280} |
 |
k-tý člen binomického rozvoje daného výrazu má tvar
\displaystyle{21 \choose k-1}\left( \sqrt{x} \right)^{21-(k-1)} \left( \dfrac{1}{x} \right)^{k-1} |
po úpravě
\displaystyle{21 \choose k-1}x^{12-3k/2} |
Hledáme člen, který neobsahuje
x:
x^{12-3k/2} = x^0
12 - 3k/2 = 0
k=8.
Člen, který neobsahuje
x, je tedy osmý člen binomického rozvoje daného výrazu.
Hodnota osmého členu je:
\displaystyle{21 \choose 8-1} = \displaystyle{21 \choose 7} = 116\,280.
|
Úloha 4.19
Určete všechny členy binomického rozvoje výrazu
\left( \sqrt[7]{7} + \sqrt[5]{5} \right)^{24},
které jsou racionálními čísly.

Výsledek:
\boldsymbol{\displaystyle{24 \choose 10} \cdot 7^2 \cdot 5^2} |
Úloha 4.20
V binomickém rozvoji výrazu
\left( x\sqrt{x} + \dfrac{1}{x^4} \right)^n |
je koeficient u třetího členu o
54 větší než koeficient u členu posledního.
Určete absolutní člen, tj. člen, který neobsahuje proměnnou
x.

Výsledek: n=11,
absolutní člen má hodnotu \boldsymbol{165}.
* Úloha 4.21
Určete člen, který obsahuje x^{14} v rozvoji výrazu
\left( 1-x^3 \right)^9 \cdot \left( 1+x^2 \right)^{10}.
Nápověda
Exponenty u mocnin x se při násobení sčítají. Najděte člen rozvoje výrazu \left( 1-x^3 \right)^9 a člen rozvoje výrazu \left( 1+x^2 \right)^{10}, které lze mezi sebou vynásobit tak, aby výsledek byl c \cdot x^{14} pro nějaké číslo c.

Výsledek: \boldsymbol{8\,940\,x^{14}}
Všechny členy rozvoje výrazu
\left( 1-x^3 \right)^9obsahují v exponentu mocniny
x číslo dělitelné třemi, můžeme
tedy tyto exponenty zapsat symbolicky
3k,
k=0,1,\ldots,9.
Všechny členy rozvoje výrazu
\left( 1+x^2 \right)^{10}obsahují v exponetu mocniny
x sudé číslo, můžeme tedy tyto exponenty zapsat
symbolicky
2l,
l=0,1,\ldots,10.
Všechny členy v prvním rozvoji se násobí se všemi členy druhého rozvoje,
exponenty u mocnin
x se při násobení sčítají. Zjistíme tedy,
jaké hodnoty můžeme dosadit za
k a
l tak, aby platilo
3k + 2l = 14:
14 = 3 \cdot 0 + 2 \cdot 7
14 = 3 \cdot 2 + 2 \cdot 4
14 = 3 \cdot 4 + 2 \cdot 1
Hledáme tedy první, třetí a pátý člen rozvoje výrazu
\left( 1-x^3 \right)^9a osmý, pátý a druhý člen rozvoje výrazu
\left( 1+x^2 \right)^{10}.
Každé dva odpovídající členy vynásobíme
a vzniklé tři výsledky sečteme.
\displaystyle{9 \choose 0}\left(x^3\right)^0 \cdot \displaystyle{10 \choose 7} \left( x^2 \right)^7 = 120\,x^{14} |
\displaystyle{9 \choose 2}\left(x^3\right)^2 \cdot \displaystyle{10 \choose 4} \left( x^2 \right)^4 = 7\,560\,x^{14} |
\displaystyle{9 \choose 4}\left(x^3\right)^4 \cdot \displaystyle{10 \choose 1} \left( x^2 \right)^1 = 1\,260\,x^{14} |
120\,x^{14} + 7\,560\,x^{14} + 1\,260\,x^{14} = 8\,940\,x^{14}
Úloha 4.22
Vypočítejte:
\displaystyle{18 \choose 0} + \displaystyle{18 \choose 1} + \displaystyle{18 \choose 2} + \ldots + \displaystyle{18 \choose 17} + \displaystyle{18 \choose 18} |

Výsledek: \boldsymbol{2^{18} = 262\,144}
Úloha 4.23
Dokažte, že číslo 11^{10}-1
je dělitelné číslem 100.

Důkaz:
11^{10}-1 |
=(10+1)^{10}-1= |
|
= \displaystyle{10 \choose 0}10^{10} + \displaystyle{10 \choose 1}10^9 + \displaystyle{10 \choose 2}10^8 + \ldots + \displaystyle{10 \choose 8}10^2 + \displaystyle{10 \choose 9}10 + \color{red}{\displaystyle{10 \choose 10}} - 1 = |
|
= \displaystyle{10 \choose 0}10^{10} + \displaystyle{10 \choose 1}10^9 + \displaystyle{10 \choose 2}10^8 + \ldots + \displaystyle{10 \choose 8}10^2 + \displaystyle{10 \choose 9}10 + \color{red}{1} - 1 = |
|
= \displaystyle{10 \choose 0}10^{10} + \displaystyle{10 \choose 1}10^9 + \displaystyle{10 \choose 2}10^8 + \ldots + \displaystyle{10 \choose 8}10^2 + \color{green}{\displaystyle{10 \choose 9}}10 = |
|
= \displaystyle{10 \choose 0}10^{10} + \displaystyle{10 \choose 1}10^9 + \displaystyle{10 \choose 2}10^8 + \ldots + \displaystyle{10 \choose 8}10^2 + \color{green}{10} \cdot 10 = |
|
= 10^2 \left[ \displaystyle{10 \choose 0}10^{8} + \displaystyle{10 \choose 1}10^7 + \displaystyle{10 \choose 2}10^6 + \ldots + \displaystyle{10 \choose 8} + 1 \right] = |
|
= 100k, kde k je přirozené číslo. |
Úloha 4.24
Užitím binomické věty dokažte, že číslo
6^{2n}-1 je pro každé přirozené
číslo n dělitelné sedmi.

Důkaz:
1. způsob
6^{2n}-1 |
= (7-1)^{2n} - 1 = |
|
= \displaystyle{2n \choose 0}7^{2n} - \displaystyle{2n \choose 1}7^{2n-1} + \displaystyle{2n \choose 2}7^{2n-2} - \displaystyle{2n \choose 3}7^{2n-3} + \ldots + \displaystyle{2n \choose 2n-1}7 \cdot (-1)^{2n-1} + \color{red}{\displaystyle{2n \choose 2n}(-1)^{2n}} - 1 = |
|
= \displaystyle{2n \choose 0}7^{2n} - \displaystyle{2n \choose 1}7^{2n-1} + \displaystyle{2n \choose 2}7^{2n-2} - \displaystyle{2n \choose 3}7^{2n-3} + \ldots + \displaystyle{2n \choose 2n-1}7 \cdot (-1)^{2n-1} + \color{red}{1} - 1 = |
|
= \displaystyle{2n \choose 0}7^{2n} - \displaystyle{2n \choose 1}7^{2n-1} + \displaystyle{2n \choose 2}7^{2n-2} - \displaystyle{2n \choose 3}7^{2n-3} + \ldots + \displaystyle{2n \choose 2n-1}7 \cdot (-1)^{2n-1} = |
|
= 7 \left[ \displaystyle{2n \choose 0}7^{2n-1} - \displaystyle{2n \choose 1}7^{2n-2} + \displaystyle{2n \choose 2}7^{2n-3} - \displaystyle{2n \choose 3}7^{2n-4} + \ldots + \displaystyle{2n \choose 2n-1} (-1)^{2n-1} \right] = |
|
= 7k, kde k je celé číslo. |
Pro každé přirozené číslo
n tedy platí
6^{2n} - 1 = 7k,
daný výraz je tedy pro každé přirozené číslo
n dělitelný sedmi.
2. způsob
6^{2n}-1 |
= 36^n - 1 = (35+1)^n - 1 = |
|
= \displaystyle{n \choose 0}35^n + \displaystyle{n \choose 1}35^{n-1} + \displaystyle{n \choose 2}35^{n-2} + \ldots + \displaystyle{n \choose n-1}35 + \color{red}{\displaystyle{n \choose n}} - 1 = |
|
= \displaystyle{n \choose 0}35^n + \displaystyle{n \choose 1}35^{n-1} + \displaystyle{n \choose 2}35^{n-2} + \ldots + \displaystyle{n \choose n-1}35 + \color{red}{1} - 1 = |
|
= \displaystyle{n \choose 0}35^n + \displaystyle{n \choose 1}35^{n-1} + \displaystyle{n \choose 2}35^{n-2} + \ldots + \displaystyle{n \choose n-1}35 = |
|
= 35 \left[ \displaystyle{n \choose 0}35^{n-1} + \displaystyle{n \choose 1}35^{n-2} + \displaystyle{n \choose 2}35^{n-3} + \ldots + \displaystyle{n \choose n-1} \right] = |
|
= 35k_1, kde k_1 je celé číslo. |
35k_1 = 7 \cdot 5 k_1 = 7k_2, kde
k_2 je celé číslo.
Pro každé přirozené číslo
n tedy platí
6^{2n} = 7k_2daný výraz je tedy pro každé přirozené číslo
n dělitelný sedmi.
Úloha 4.25
Pomocí binomické věty dokažte, že platí:
\displaystyle{n \choose 0} - \displaystyle{n \choose 1} + \displaystyle{n \choose 2} - \displaystyle{n \choose 3} + \ldots + (-1)^{n-1}\displaystyle{n \choose n-1} + (-1)^n\displaystyle{n \choose n} = 0 |

Důkaz:
\displaystyle{n \choose 0} - \displaystyle{n \choose 1} + \displaystyle{n \choose 2} - \displaystyle{n \choose 3} + \ldots + (-1)^{n-1}\displaystyle{n \choose n-1} + (-1)^n\displaystyle{n \choose n} = \boldsymbol{(1-1)^n} = 0 |
Úloha 4.26
Kolik sčítanců dostaneme po umocnění
(a+b+c)^7?
(Úlohu neřešte rozepisováním binomického rozvoje, ale kombinatorickou úvahou.)

Výsledek: K'(7,3) = \boldsymbol{36}