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順列の公式はなぜ?nPrが成り立つ理由・証明をわかりやすく解説

妖練習 連立方程式 文章題 スーパードリル 700

妖練習 連立方程式 文章題 スーパードリル 700

クマシロ
クマシロ

よう、消しゴムの妖精のクマシロだ。目の下を、見るらしいぞ

 

前回、

順列の求め方、勉強したきたよな。

 

順列の公式は、

$$
\boxed{
{}_nP_r
=
n(n-1)(n-2)\cdots(n-r+1)
}
$$

だったことを思い出してくれ。

 

ふーん、おっけー、わかった、スッキリ。

でもさ、

なぜ掛け算になるのか?

なぜ1ずつ減っていくのか?

なぜ最後が \(n-r+1\) なのか?

と考えると、ちょっとモヤっとするよな。

そこで今回は、

順列の公式が成り立つ理由

を見ていこう。

 

順列の公式 nPr が成り立つ理由・証明

では、

n個の異なるものから、

r個を選んで並べる場合を考えるぞ。

順列 公式 理由 証明

1番目は、

n個すべてから選べるので、

$$
n通り
$$

ある。

 

1つ選んだあとは、

残りが、

$$
n-1
$$

個になる。

したがって、

2番目は、

$$
n-1通り
$$

である。

 

さらに1つ選ぶと、

残りは、

$$
n-2
$$

個。

だから、

3番目は、

$$
n-2通り
$$

となる。

このように、

$$
n,\ n-1,\ n-2,\ \dots
$$

と、

選択肢が1つずつ減っていく。

順列 公式 理由 証明

順列では、

r個を並べる。

つまり、

選ぶ作業を、

r回

行う。

だから、

$$
n
$$

から始めて、

r個分の数を掛けることになる。

その結果、

$$
\boxed{
{}_nP_r
=
n(n-1)(n-2)\cdots(n-r+1)
}
$$

となる。

順列 公式 理由 証明

 

なぜ最後がn-r+1なの?

ここは公式を見て、

引っかかりやすいところだ。

なぜ、

$$
n-r
$$

ではなく、

$$
n-r+1
$$

で終わるのだろう。

たとえば、

$$
{}_7P_4
$$

を考える。

7から、

4個の数を掛ける。

$$
7
$$

$$
6
$$

$$
5
$$

$$
4
$$

である。

最後の数は、

$$
4
$$

だ。

これを式で表すと、

$$
7-4+1=4
$$

となる。

だから、

一般に最後は、

$$
\boxed{
n-r+1
}
$$

になる。

 

順列の公式は丸暗記しなくても作れる

もし公式を忘れても、

考え方さえ覚えていれば作れるな。

 

たとえば、

8人から3人を順番に並べるなら、

1番目は、

$$
8通り
$$

2番目は、

$$
7通り
$$

3番目は、

$$
6通り
$$

だから、

$$
8\times7\times6
$$

とすればよい。

順列 公式 理由 証明

つまり、

公式を忘れても、

「選ぶたびに1つ減る」

と考えれば、

自分で順列の式を作れる。

 

クマシロ
クマシロ

公式を忘れても「最初はn通り、次はn−1通り…」から作り直せる。それが理解してるってことだな。

 

それじゃあ。

妖練習 連立方程式 文章題 スーパードリル 700

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妖精

おつかれさまでした!

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