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6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.1. 3ième partie : ANALYSE C

6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.1. 3ième partie : ANALYSE COMBINATOIRE Table des matières 3e partie : ANALYSE COMBINATOIRE................................................................................. 1 Table des matières ..................................................................................................................... 1 Chapitre 1. Quelques activités de dénombrement................................................................ 2 1. Comptage par produits............................................................................................................ 2 2. Comptage par sommes et différences ..................................................................................... 2 3. Comptage par sommes de produits ........................................................................................ 3 4. Exemples ................................................................................................................................... 3 Chapitre 2. Analyse combinatoire........................................................................................ 5 1. Arrangements avec répétitions................................................................................................ 5 2. Arrangements sans répétition ................................................................................................. 6 3. Permutations............................................................................................................................. 7 4. Combinaisons sans répétition.................................................................................................. 8 5. Permutations avec répétitions................................................................................................. 7 6. Exemples récapitulatifs............................................................................................................ 8 Chapitre 3. Le binôme de Newton...................................................................................... 11 1. Le triangle de Pascal .............................................................................................................. 11 2. Le binôme de Newton............................................................................................................. 12 6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.2. Chapitre 1. Quelques activités de dénombrement 1. Comptage par produits Combien peut-on former de mots de deux lettres (ayant un sens ou non) dont la première appartient à l’ensemble { } , , w x z et la deuxième est une voyelle de l’ensemble { } , , , a e i o ? a e w i o a e x i o a e z i o Il y a 3 4 × mots formés en prenant, dans l’ordre, une lettre dans w,x,z l q et une lettre dans a,e,i,o l q. Il y a donc 12 mots demandés. 2. Comptage par sommes et différences Sur l’autoroute E411, on a compté en une journée 3526 voitures allant de Bruxelles à Arlon et 2241 voitures allant de Arlon à Bruxelles. Combien de voitures différentes sont passées par cette autoroute quand on sait que 226 ont fait l’aller-retour ? Nombre de voitures ayant emprunté l’autoroute E411 : 3526 2241 5767 + = Nombre de voitures comptées deux fois : 226 Nombre de voitures différentes ayant emprunté l’autoroute E411 : 5767 226 5541 − = 6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.3. 3. Comptage par sommes de produits Une urne contient 3 boules bleues et 5 vertes. On tire au hasard 2 boules sans remise (c’est à dire que la première boule n’est pas remise dans l’urne après le tirage) et on regarde la couleur des boules tirées. Combien y a-t-il de possibilités d’obtenir au moins une boule bleue ? Il y a 2 possibilités de groupements pour obtenir au moins une boule bleue : 1 bleue et 1 verte ou 2 bleues. Nombre de possibilités de tirer le premier groupement : 3 5 15 × = Nombre de possibilités de tirer le deuxième groupement : 3.2 3 2 = Nombre de possibilités de tirer au moins 1 bleue : 15 3 18 + = 4. Exemples Exemple 1 La compagnie Math Air propose chaque jour 4 vols sur la ligne Bruxelles-Nice. La compagnie Mathema propose chaque jour 3 vols sur la ligne Bruxelles-Nice. De combien de façons peut-on voler chaque jour de Bruxelles à Nice? La réponse est évidemment 7 car on ne peut voler simultanément dans un avion de Math Air et de Mathema. Exemple 2 De combien de manières distinctes peut-on disposer 8 tours sur un échiquier de façon à ne pas avoir deux tours sur une même ligne ou sur une même colonne ? Un jeu d'échec comporte 8 x 8 = 64 cases. Une tour peut se déplacer le long d'une ligne ou d'une colonne et prendre toute pièce qu'elle trouve sur son chemin. Plaçons une tour sur la première ligne : on a huit choix possibles. ♦ ensuite, plaçons une autre tour sur la deuxième ligne : on a sept choix possibles (on ne peut pas mettre de tour dans la même colonne que la première). On a donc 8 x 7 choix possibles de cases pour ces deux tours. ♦ ensuite, plaçons une autre tour sur la troisième ligne : on a six choix possibles. On a donc 8 x 7 x 6 choix possibles de cases pour ces trois tours. ♦ On continue jusqu'à ce que les huit tours soient placées. On aura donc 8 x 7 x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 40320 choix possibles pour placer ces 8 tours. 6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.4. Exemple 3 Un glacier décide de réarranger chaque jour ses vingt parfums différents de glace pour déterminer la présentation qui maximisera ses ventes. Combien de jours lui faudra-t-il pour épuiser toutes les possibilités ? Pour la première place on a 20 choix possibles. Quand elle est occupée, il reste 19 choix possibles pour la deuxième place. Une fois la deuxième place occupée, il demeure 18 choix possibles pour la troisième place et ainsi de suite jusqu'à la dernière place qui est automatiquement remplie par la glace restante. Il faudra donc 20 x 19 x 18 x ... x 4 x 3 x 2 x 1 = 2.432.902.008.176.640.000 jours ce qui fait 6 1015 années à notre marchand pour réaliser son projet, c'est à dire 6 millions de milliards d'années. Sachant que l'âge de l'univers est d'environ 13 milliards d'années, imaginez le nombre de générations futures nécessaires à l'accomplissement de ce projet. Notion de factorielle On a donc vu que si le glacier possède n parfums et n bacs à glace, il est amené à faire le produit des nombres naturels de 1 à n. Ce produit porte le nom de factorielle de n et s'écrit n! Définition La factorielle d'un nombre naturel non nul est le produit de tous les nombres naturels non nuls égaux ou inférieurs à ce nombre naturel. n n n n n ! ( ) ( ) ... = × − × − × × × × ∀∈ 1 2 3 2 1 0 Ν Par convention 0! = 1 Propriété ∀∈ = − n N n n n 0 1 : ! .( )! 6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.5. Chapitre 2. Analyse combinatoire ♦ Remarque Puisque l’on effectue des comptages, les nombres n et p utilisés dans la suite sont des entiers strictement positifs. 1. Arrangements avec répétitions ♦ Exemple Tous les mots de 2 lettres que l'on peut former avec les lettres c b a et , sont : aa ba ca ab bb cb ac bc cc Ce sont les arrangements avec répétitions de 2 lettres choisies parmi 3 : il y en a 9. En effet, à chacun des 3 choix pour la première lettre correspondent encore 3 choix pour la deuxième lettre. α 3 2 2 3 9 = = ♦ Définition On considère un ensemble de n éléments. Un arrangement avec répétitions de n éléments pris p à p est une sélection ordonnée de p éléments différents ou non choisis parmi n éléments différents. On désigne par α n p le nombre d'arrangements avec répétitions de p éléments choisis parmi n . ♦ Remarque Deux groupes diffèrent soit par la nature des éléments qui y figurent, soit par leur ordre. ♦ Calcul de α n p Chacun des p éléments peut être choisi de n façons différentes : p p n n α = 6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.6. 2. Arrangements sans répétition ♦ Exemple Tous les mots de 2 lettres différentes que l'on peut former avec les 4 lettres d c b a et , , sont ab ba ca d a ac bc cb d b ad bd cd d c Ce sont les arrangements sans répétition de 2 lettres prises parmi 4 : il y en a 12. En effet, à chacun des 4 choix pour la première lettre correspondent 3 choix pour la deuxième lettre. A facteurs 4 2 2 4 3 12 = = . ♦ Définition On considère un ensemble de n éléments. Un arrangement sans répétition de n éléments pris p à p est une sélection ordonnée de p éléments différents ( p n ≤ ) choisis parmi n éléments différents. On désigne par p n A le nombre d'arrangements sans répétition de p éléments choisis parmi n . ♦ Remarque Deux groupes diffèrent soit par la nature des éléments qui y figurent, soit par leur ordre. ♦ Calcul de p n A On considère les n éléments 1 2 , ,..., n x x x Le 1er élément peut être choisi de n façons différentes. Le 2e élément peut être choisi de n-1 façons différentes. Le 3e élément peut être choisi de n-2 façons différentes.  Le pième élément peut être choisi de n-p+1 façons différentes. ! ( 1)( 2)...( 1) ( )! p n n A n n n n p n p = − − − + = − An p est le produit de p naturels décroissants successifs à partir de n. 6ième année - 3ième partie : Analyse combinatoire p.7. 3. Permutations ♦ Exemple Tous les mots de 3 lettres différentes que l'on peut former avec les 3 lettres a b c , , sont : , , , , , abc acb bac bca cab cba . Ce sont les uploads/Marketing/ iii-analyse-combinatoire.pdf