第一節 計數原理的乘法法則
典型的問題

某模特兒可選擇\(\;3\;\)種髪型、\(3\;\)種襯衣、\(2\;\)種短裙,則她有多少種配撘?

模特兒的配撘有\(\;3\times 3\times 2=18\;\)種。


一般的理論

若完成一件事情可分為\(\;k\;\)個步驟,第\(\;1\;\)個步驟有 \(\;n_1\;\)種不同的選擇,第\(\;2\;\)個步驟有\(\;n_2\;\)種不同的選擇,...,第\(\;k\;\)個步驟有\(\;n_k\;\)種不同的選擇;

若各步驟的選擇互不影響,則完成這件事共有\(\;n_1\times n_2\times \cdots\times n_k\;\)種不同的選擇。

顯然,我們只需要證明\(\;k=2\;\)的情況。

若完成一件事情可分為兩個步驟,第一個步驟有 \(\;a\;\)種不同的選擇,第二個步驟有\(\;b\;\)種不同的選擇。

按照第一個步驟的選擇,把完成事情的選擇分成\(\;a\;\)種不同類,每類就有\(\;b\;\)種的選擇。

根據加法法則完成這件事的選擇共有 \[\overbrace{b+\cdots+b}^{a\mbox{ 次}}=a\times b\mbox{ 種。}\]

 


更多的例子

已知從甲地直接前往乙地有\(\;3\;\)條路可供選擇,從乙地直接前往丙地又有\(\;4\;\)條路可供選擇,則從甲地經乙地前往丙地有多少條路可供選擇?

第\(\;1\;\)個步驟從甲地前往乙地有\(\;3\;\)個選擇,第\(\;2\;\)個步驟從乙地前往丙地有\(\;4\;\)個選擇,根據乘法法則完成這件事的方法共有\(\;3\times 4=12\;\)條路可供選擇。

\(\; \spadesuit 2\;\)

\(\; \spadesuit 3\;\)

\(\; \spadesuit 4\;\)

\(\; \spadesuit 5\;\)

\(\; \spadesuit 6\;\)

\(\; \spadesuit 7\;\)

\(\; \spadesuit 8\;\)

\(\; \spadesuit 9\;\)

\(\; \spadesuit 10\;\)

\(\; \spadesuit J\;\)

\(\; \spadesuit Q\;\)

\(\; \spadesuit K\;\)

\(\; \spadesuit A\;\)

\(\; \clubsuit 2\;\)

\(\; \clubsuit 3\;\)

\(\; \clubsuit 4\;\)

\(\; \clubsuit 5\;\)

\(\; \clubsuit 6\;\)

\(\; \clubsuit 7\;\)

\(\; \clubsuit 8\;\)

\(\; \clubsuit 9\;\)

\(\;\clubsuit 10\;\)

\(\; \clubsuit J\;\)

\(\; \clubsuit Q\;\)

\(\; \clubsuit K\;\)

\(\; \clubsuit A\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 2}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 3}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 4}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 5}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 6}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 7}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 8}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit 9}\;\)

\(\;\color{red}{\heartsuit 10}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit J}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit Q}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit K}\;\)

\(\; \color{red}{\heartsuit A}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 2}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 3}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 4}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 5}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 6}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 7}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 8}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit 9}\;\)

\(\;\color{red}{\diamondsuit 10}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit J}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit Q}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit K}\;\)

\(\; \color{red}{\diamondsuit A}\;\)

如圖所示,一套完整的撲克牌有\(\;4\;\)種花式,每種花式有\(\;13\;\)張牌,則整套撲克共有多少張牌。

第\(\;1\;\)步選擇花式,有\(\;4\;\)種;第\(\;2\;\)步選擇牌面,有\(\;13\;\)種;根據乘法法則,整套撲克共有\[4\times 13=52\mbox{ 張牌。}\]

小明打算買零件組裝一部電腦。不同組件有不同款式可供選擇,如下表所示:

組裝 款式數目
中央處理器 \(\;2\;\)
主機板 \(\;5\;\)
記憶題 \(\;3\;\)
硬盤 \(\;2\;\)
以上組件各選一款都可組裝一部電腦,小明組裝的電腦有多少款不同的可能?

第\(\;1\;\)步選擇中央處理器,有\(\;2\;\)種; 第\(\;2\;\)步選擇主機板,有\(\;5\;\)種; 第\(\;3\;\)步選擇記憶題,有\(\;3\;\)種; 第\(\;4\;\)步選擇硬盤,有\(\;2\;\)種; 根據乘法法則,小明組裝的電腦有\(\;2\times 5\times 3\times 2=60\;\)款不同的可能。

乘法是可交換的運算,小明組裝的電腦的步驟改變了也不會影響可組裝的可能款式。

比如第\(\;1\;\)步選擇主機板,有\(\;5\;\)種; 第\(\;2\;\)步選擇中央處理器,有\(\;2\;\)種; 第\(\;3\;\)步選擇硬盤,有\(\;2\;\)種; 第\(\;4\;\)步選擇記憶題,有\(\;3\;\)種; 根據乘法法則,小明組裝的電腦還是有\(\;5\times 2\times 2\times 3=60\;\)款不同的可能。

小鵬面前有四本書,他決定把它們逐一讀完,任何次序都可以。則他有多少種方式去讀書?

讀完書的方法可分為\(\;4\;\)個步驟:

第\(\;1\;\)個步驟是讀完第一本書,有\(\;4\;\)個選擇;

第\(\;2\;\)個步驟是去讀完第二本書,無論第\(\;1\;\)個步驟讀完是哪本書,這時都剩下有\(\;3\;\)個選擇;

第\(\;3\;\)個步驟是去讀完第三本書,這時就剩下有\(\;2\;\)個選擇;

第\(\;4\;\)個步驟是去讀完剩下那本書,只有\(\;1\;\)個選擇;

根據乘法法則,逐一讀完四本書共有 \[4\times 3\times 2\times 1=12\mbox{ 種方式。}\]


逐一讀完\(\;n\;\)本書(其中\(\;n>1\;\)),容許任意次序的方式就有\(\;n\times (n-1)\times \cdots \times 2\times 1\;\)種。

讀完書的方法可分為\(\;n\;\)個步驟:

第\(\;1\;\)個步驟是讀完第一本書,有\(\;n\;\)個選擇;

第\(\;2\;\)個步驟是去讀完第二本書,無論第\(\;1\;\)個步驟讀完是哪本書,這時都剩下有\(\;n-1\;\)個選擇;

\(\;\vdots\;\)

第\(\;n-1\;\)個步驟是去讀完第\(\;n-1\;\)本書,這時就剩下有\(\;2\;\)個選擇;

第\(\;n\;\)個步驟是去讀完剩下那本書,只有\(\;1\;\)個選擇;

根據乘法法則逐一讀完\(\;n\;\)本書共有 \[\;n\times (n-1)\times \cdots \times 2\times 1\;\mbox{ 種方式。}\]

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