miércoles, 8 de diciembre de 2010

Técnicas de Conteo

Principio aditivo o de adición o regla de suma

     Si una tarea  tiene diferentes  alternativas / formas  de realizarse  o de
ocurrir y estas son mutuamente exclusivas (cuando selecciona una alternati-
va, haciendo que las otras queden descartadas, esto es, una a la vez), y cada
una de las formas, tiene diversos pasos a efectuar,  entonces, la suma de las
diferentes  maneras  de cómo se  realiza esta tarea,  será el total de maneras
en que puede ocurrir la misma 
Diagramas de Venn
Si A y B son conjuntos finitos                                             .
Sean A, B y C conjuntos finitos
Ejemplo:
  Una compañía necesita 25 programadores para tareas de programación  de
sistemas, y  a   40  para programación de aplicación.  De estos empleados se
espera que 10 realicen las 2 tareas. Cuántos programadores deberá contratar? 


Permutaciones:
Suponga que S es un conjunto y que el valor absoluto de S es |S| y que es
igual a n, en donde n es el tamaño de |S|  y es un entero positivo. 
A un  arreglo determinado de los elementos de S en una sucesión de longitud
n generalmente se le llama permutación.  
Ejemplo 1:
  Sea S = {a,b,c}. Entonces las posibles permutaciones de S  son las sucesiones:  abc, acb, bca, cab y cba.
Ejemplo 2:
  Sea S = {1,2,3,4} algunas permutaciones de S tomadas de 3 en 3 son:
  123,124,234,2,1,3,341,431,432,..
  Si se toman de 2 en 2, algunas serán:   12,13,14,15, etc.
  Entonces:
   permutación es todo arreglo de objetos o de elementos distintos de un conjunto, en donde es importante la posición que ocupa cada elemento.
De manera que todas las permutaciones posibles de cualquier número  n de
cosas u objetos tomados r  cada vez, cuando n > r están dadas por:

En donde,
P(n,r)    =   nPr     es  el  número  de  permutaciones  de   n  objetos  tomados
                         r a la vez.
    n!   =   factorial de n
(n-r)! =  factorial de la diferencia entre n y r  


Permutaciones con repetición:
--  Cuando  un  maestro  selecciona  9  alumnos de un grupo de 20  para una
tarea determinada,  esto  puede  expresarse  matemáticamente como: “  hacer
una  combinación de 20 cosas tomando nueve cada vez”.
-- Cuando el maestro asigna un número a  cada  uno  de  los  nueve  alumnos
seleccionados, del  1 al 9 y los sitúa en el orden numérico se puede decir que
“hace  una  permutación de  las  mismas  20  cosas  de las  que  ha tomado 9
cada vez”.
  - Las combinaciones, por lo tanto, son agrupaciones sin orden específico.
  - Las permutaciones son la disposición de las mismas en orden consecutivo
determinado.
- por lo general hay mas posibles permutaciones que posibles combinaciones
Ejemplo 1:
   Suponga que se tiene 3 objetos, por ejemplo 3 cuadros: A, B y C. La única
posible  agrupación  de los  3  que se pueden hacer de una vez,  sin  tener en
cuanta el orden de colocación es la combinación   A y B y C.
pero se puede disponer esta combinación, por ej: colgando los cuadros en las
paredes  adyacentes  en  cualquier  orden de  sucesión  de las  permutaciones
 posibles de 3 cosas, tomadas todas las 3 a la vez.       ABC, BAC, CAB
                                                                                      ACB, BCA, CBA.
Más aun, se pueden agrupar estos mismos objetos,  tomando  2 cada vez, sin
tener en cuenta el orden de colocación, en cualquiera de estas combinaciones
A y C,   B y C,    C y A
En cambio,  se tiene estas permutaciones: AB,  BA,  CA 
                                  AC, BC,  CB  

Pruebas, muestras ordenadas  o muestreo ordenado:
    Muchos  problemas de  técnicas de conteo y en  probabilidad y estadística,
tienen que ver con elegir un objeto de un conjunto S que contiene n  elemen-
tos (o bien, una carta de una baraja o una persona de una población).
Cuando se elige un elemento después de otro en un conjunto  S, por ejemplo,
r  veces,  a  la  elección  de  la  muestra  se  le llama  “elección de la muestra
ordenada de tamaño r “. Esta elección se puede realizar de 2 formas:
a) Muestreo ordenado o pruebas ordenadas con sustitución o con reemplazo
Aquí se escoge un objeto de un recipiente o de una urna y se regresa antes de
tomar  el  siguiente,  y  así  sucesivamente  hasta  que  se  han  elegido  los  r
objetos de la prueba.  Entonces el número de pruebas ordenadas de tamaño r
con reemplazo o con sustitución está dado por:
 
Ejemplo:       una urna contiene 8 esferas de diferentes colores. ¿de cuantas
 maneras se pueden obtener 3 esferas con sustitución?
n = 8,  r = 3         8  8  8  =   83 =  512 maneras
b) Muestreo ordenado o pruebas ordenadas sin sustitución o sin reemplazo
En este caso, los objetos seleccionados no regresan a la urna,  es decir, cada
vez  que se elige un objeto, el  total  de  objetos  de la urna va disminuyendo.
De manera que sise tienen  n objetos en la urna, y se van a escoger r objetos
sin sustituirlos, el número de pruebas ordenadas de tamaño r  sin reemplazo
será:    

Permutaciones circulares:
  A  una  disposición  de  cosas  en  cadena  cerrada o anillo se le llama
 permutación  circular o  cíclica. Esto es, cuando se ordenan objetos en una
curva cerrada (por ejemplo,  en una mesa redonda, en un llavero, la rueda de
la fortuna, etc.) 
         Generalmente se usa PCn para representar el número de permutaciones
circulares de n objetos tomados todos a la vez, y se calcula con la fórmula:
 
Nota:  esta  fórmula  se  obtiene  siempre que se fije cualquiera de los  n  objetos  en el
arreglo  circular,  los  restantes    n -1   objetos  se  consideran como  una  permutación
lineal,la cual es posible hacer de   (n-1)!  maneras.
   Ejemplo:   de  cuántas  maneras pueden sentarse  6  ejecutivos en una mesa
redonda, si sólo importan las posiciones relativas entre ellos y además 2 de
los  ejecutivos  tiene que hacerlo juntos.
Solución:
1)Suponga que los 2 ejecutivos son W y X,
2)El arreglo puede ser WX o XW (2 formas)
3)Quitando el arreglo WX, quedan 5 objetos para permutar
4)Por tanto,  PCn = 2PC5 =  2 (5-1)! = 48
 
combinaciones:
  Las combinaciones de n objetos o cosas tomando r de ellas a la vez,
representan el número de subconjuntos diferentes, de tamaño  r,  que se pue-
den obtener con esos n objetos. A  diferencia de las permutaciones, el orden
de aparición es irrelevante.  
Las notaciones para combinaciones de n objetos tomados r  a la vez, son:
 
 
 
           Las permutaciones de  n  en  r,  divididas entre  r!  son iguales a las
 combinaciones de n en r, esto es:  

 
Ejemplo:
En un centro de trabajo se van a seleccionar   3   personas para integrar una
comisión de evaluación. Si el centro tiene 20 trabajadores, de cuántas mane-
ras pueden ser seleccionadas:
a)Las tres personas
b)Las tres personas si el comité estará formado por presidente, tesorero y secretario.
Solución: a)    n = 20  , r = 3,     





b)  n = 20 ;  r = 3  y






Particiones ordenadas:
      Sea S un conjunto de no vacío.   Una partición de S es una subdivisión S en en un
subconjuntos no vacíos y que no se superponen.   Los subconjuntos se llaman celdas.
El  siguiente  es  un  diagrama de Venn, de
una  partición  del  conjunto  rectangular S
de  cinco  celdas,  A1,  A2,  A3,  A4,  A5

Ejemplo1: considere el siguiente conjunto S={1,2,3,4,5,...9}:
a) { (1,3,5),  (2,6),  (4,8,9) }         (no es partición,   el 7 no pertenece a ninguna celda)
b) { (1,3,5),  (2,4,6,8),  (5,7,9) }   (no es partición, el 5 está en dos celdas)
c) { (1,3,5),  (2,4,6,8),  (7,9) }      (si es partición de S)
Ejemplo 2:  ¿Cuántas maneras hay de repartir 10 libros diferentes entre tres alumnos,
si al primero del damos 2, al segundo 3 y el resto al tercer alumno?
 
                                                         maneras para el primer alumno


                                                          maneras para el segundo alumno

                                                          maneras para el tercer alumno

  que es igual a la fórmula



                               de permutaciones con repetición

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