Rosen,
Discrete Mathematics and Its Applications, 6th edition
Extra
Examples
Section
5.1—The Basics of Counting
p.340, icon  at Example 14
#5.   Find  the number  of strings of length  10 of letters  of the alphabet, with no repeated letters,  that have vowels in the first two positions.
Solution:
Keep in mind a row of ten blanks:                                                  
.
We will first count the number  of ways to place vowels in the first two blanks.  We can choose any of the five vowels for the first blank and any of the remaining four vowels to put  in the second blank.  Because we must do both,  there are 5 · 4 = 20 ways to place the two vowels. Next  we will place eight  of the remaining  24 letters  in the remaining  eight  blanks.   This  can be done in 24 · 23 ··· 18 · 17 ways.
Therefore,  by the  product  rule, the number  of ways to place vowels in the first two blanks and eight letters
in the remaining  eight blanks is
(5 · 4) · (24 · 23 ··· 18 · 17)  
p.340, icon  at Example 14
#6.   Ten men and ten women are to be put  in a row. Find  the number  of possible rows.
Solution:
Keep in mind a row of twenty blanks.  There is no restriction on how the  men and women can be placed 
in a row, so the answer is 20 · 19 · 18 ··· 3 · 2 · 1 = 20!.
p.340, icon  at Example 14
#7.    Ten  men and  ten women are to be put  in a row.  Find  the number  of possible rows if no two of the same sex stand adjacent.
Solution:
Keep in mind a row of twenty blanks.  If no two of the same sex stand in adjacent positions, then there are two possible patterns, using M for male and F for female:
MFMFMFMFMFMFMFMFMFMF  and   FMFMFMFMFMFMFMFMFMFM.
We will count the number  of ways of achieving  the first pattern and  double  this number  to find the  final answer.  The first man can be chosen in 10 ways, the first woman can be chosen in 10 ways, this second man can be chosen in 9 ways, etc.  
Thus,  by the extended  product rule, each pattern can be obtained  in 10 or (10 · 9 ··· 2 · 1)2   ways.  
The second pattern can be obtained  in the same number  of ways, so we double the answer to get 2(10 · 9 ··· 2 · 1)2   = 2 · 10!2 .
 p.340, icon  at Example 14
#8.   Ten men and ten women are to be put  in a row. Find the number  of possible rows if Beryl, Carol, and Darryl  want to stand next to each other in some order (such as Carol, Beryl, and Darryl,  or Darryl,  Beryl, and Carol).
Solution:
Keep in mind a row of twenty blanks.
We first consider  the  arrangements where Beryl, Carol,  and  Darryl stand  next  to each other in that order. We begin by putting the  17 other  people in a row, which can be done in 17! ways.  
No matter how the  17 are placed  in a row, Beryl, Carol,  and  Darryl  can either be inserted  (in that order)  between  two of the 17, or else placed at one of the two ends.  This is pictured  in the following diagram,  where the  17 x’s represent
the 17 people placed in a row. 
There  are 18 places in which Beryl, Carol, and Darryl can be placed together
— 16 places between the x’s and two places on the two ends — marked by blanks.
x       x       x       x       x       x       x       x        x       x       x       x       x       x       x       x       x
Therefore,  the number  of ways to place the 18 people, with Beryl, Carol, and Darryl  next to each other (in
that order) is But  Beryl, Carol, and Darryl can be permuted in 3! ways.  Therefore,  the final answer is 17! · 18 · 3!.
p.342, icon  at Example 17
#1.   Find  the number  of integers from 1 to 400 inclusive that are: 
(a) divisible by 6.
(b) not divisible by 6.
Solution:
 (a)  Every  sixth  integer  from 1 to 400 is divisible  by 6, yielding    400    = 66.  (Note:  When  we divide  400 by 6 we obtain 66 2/3.  The fraction 2/3 indicates  that we are two thirds of the way toward the next integer
divisible by 6, which is 402. We round down because 402 is beyond the range of numbers  from 1 to 400.)
(b) From part  (a) we know that 66 integers from 1 to 400 are divisible by 6. Hence the number  that are not divisible by 6 is 400 − 66 = 334.
p.342, icon  at Example 17
#2.   Find  the number  of integers from 1 to 400 inclusive that are: 
(a) divisible by 6 and 8.
(b) divisible by 6 or 8.
Solution:
(a) Divisibility by a and b is the  same as divisibility  by the least common multiple  of a and b.  Therefore, divisibility  by 6 and 8 is the same as divisibility  by 24. The answer is   400    = 16.
(b) We cannot take the number  of integers divisible by 6 and add to it the number of integers divisible by 8, because this would count integers such as 24 or 48 twice (because they are divisible by both 6 and  8).  We
need to use the inclusion-exclusion  principle  to avoid the “double  counting”.
Let A1   = {x | 1 ≤ x ≤ 400,  x is divisible by 6}  and   A2   = {x | 1 ≤ x ≤ 400, x is divisible by 8}. We want
|A1  ∪ A2 |.  By the inclusion-exclusion  principle  we have
|A1  ∪ A2 |= |A1 | + |A2 |− |A1  ∩ A2 |
=   400   +   400   −   400  
= 66 + 50 − 16
= 100.
Note:   When  the word  “or”  appears  in  a  counting  problem,  it  is a  wise strategy  to  consider  using  the inclusion-exclusion  principle.
p.342, icon  at Example 17
#3.   Find  the number  of strings of length  10 of letters  of the alphabet, with repeated letters  allowed, (a) that begin with C and end with V.
(b) that begin with C or end with V.
Solution:
 (a) Keep in mind a row of ten blanks:                                                 
.
If the string has the form
C                                       
V ,
there are 26 ways to fill in each of the eight intermediate blanks.  Hence there are 268   strings of this form. (b) We need to count the number  of strings that have the form
C                                                 or                                                
V
The  number  of strings of each form is 269.   However,  we cannot  simply  add  the  two numbers  to get  our answer.  If we do this,  we are counting  the number  of strings  of the form  C                                                                                  
V   twice because each such string fits both  patterns.
We need to use the inclusion-exclusion principle to avoid the double-counting.  Let A1   be the set of all strings of length  ten that begin with C and let A2    be the set of all strings of length  ten that end with V. We want
|A1  ∪ A2 |.  But  by the inclusion-exclusion  principle, 
|A1  ∪ A2 | = |A1 | + |A2 |− |A1  ∩ A2 |
= 269  + 269  − 268.
(The  term  268   was obtained  as the size of A1   ∩ A2 , which is the set of all strings of length ten that begin with C and end with V.)
No comments:
Post a Comment