重复排列是
排列的一种。从n个不同的元素中,每次取出m个元素,但同一元素可以重复取出,排成一列,称为一个可重复排列。在作一个可重复排列时,如果元素a被取上几次,排列中它就出现几次,但同一元素的位置交换不能认为是不同排列。两个可重复排列相同当且仅当所取的元素相同,并且同一元素取的次数相同,在排列中占的位置也相同。从n个元素中可重复地选取m个元素的可重复排列个数称为可重复排列种数。
定义
从n个不同的
元素中每次取出 r 个元素,并且允许元素重复出现的
排列叫做允许重复的排列,即重复排列,其排列总数记作。
可以通过例题理解重复排列。
例1 由1,2,3,4,5,6,7,8,9可以组成多少个五位数?
解: 第一位(万位)可以是1,2,3,4,5,6,7,8,9中的任何一个,因而有9种确定第一位的方式;
由于题目中没有限制数字不重复,即允许数字重复,因而第二位(千位),第三位(百位),第四位(十位)和第五位(个位)都各有9种确定的方式;
因此可以组成9×9×9×9×9=95(个)五位数。
例2 有10个灯泡并联在一起,排成一排,由灯泡“亮”与“不亮”可以组成多少个不同的信号?
解: 每个灯泡都有“亮”与“不亮”两种信号,因此有
个不同的信号。
我们分析一下这两个例题:
像12 234,23 335就是例1中的两个不同的排列,其中2和3重复出现在排列中,在例2中,如果设1为灯泡“亮”,0为灯泡“不亮”,这样1000100011就是例2中的一个排列,其中0和1都重复出现在排列中。
重复排列规律
关于重复排列的计数方法有下面的规律。
定理1
设有n个不同的元素,从这n个不同的元素中每次取出 r 个元素的重复排列的个数为
证明: 设取出的 r 个元素排在 r 个位置上。
第一个位置上可以取n个不同的元素中的任何一个,所以有n种不同的取法;
由于元素允许重复,所以第二个位置也有n种不同的取法;
同样,每个位置上的元素都有n种不同的取法。
所以,从这n个不同的元素中每次取出 r 个元素的重复排列的个数为
这里需要指出的是 n 和 r 只要都是
正整数就可以,r 不受 n 的约束,即 r 可以小于n,也可以大于n,也可以等于n。
例题解析
例3 从1到100 000的所有正整数中,至少有一位包含1的正整数有多少个?
解: 从1到100 000的所有正整数共有105个,在这些数中,不包含1的正整数,相当于从0,2,3,4,5,6,7,8,9取出5个的重复排列,有
(个).
但是,其中有一个数00 000不是正整数。
从1到100 000的所有正整数中,至少有一位包含1的正整数,应该从1到100 000的所有正整数中减去不包含1的正整数,由于其中也减去了00 000,故多减去一个,于是,从1到100 000的所有正整数中,至少有一位包含1的正整数有
105-(95-1)=105-95+1=40 952(个).
例4 有7封信,随意投人3个信箱,有多少种投法?
解: 第1封信有3种投法,由于是随意投入信箱,因此,投入的信箱允许重复,所以第2,3,4,5,6,7封信也都有3种投法,于是共有(种)投法。