从若干件东西中捡取多少件的方法,应当怎样计算呢?比如你约了九个朋友,一共十个人,组织一个数学研究会,要推两个人做干事,这有多少方法呢?
假如你已看过从前中学生的《数学讲话》,还记得起所讲过的排列法,那么这便容易了。假设两个干事还分正副,那么这只是从十件东西中取出两件的排列法,它的总数是:
A210=10×9=90
但是前面并没有说过分正副的话,所以在这九十种中,王老三当正干事,李老二当副干事,同着李老二当正干事,王老二当副干事,在本题只能算一种。因此从十个人当中推两个出来当干事,实际的方法只是:
A210÷2=90÷2=45
同样地,假如你要在A、B、C、D……二十六个字母中,取出两个来做什么符号,若所取的次序也有关系,AB和BA以及BC和CB……两两不相同,则你的取法共是:
A226=26×25=650
若所取的次序没有关系,AB和BA以及BC和CB……就两两相同,各各只能算成一种,则取法共是:
A226÷2=650÷2=325
由此可以推到比较一般的情形去,从n件东西里面取出两个来的方法,不管它们的顺序,则一共的取法是:
到了这一步,我们的讨论还只得一半,因为所取的东西都只有两件,若是三件怎样呢?在你组织的数学研究会中,若是举的干事是三人,一共有多少选举法呢?
假定这三个干事的职务不同,比如说一个是记录,一个是会计,一个是庶务,那么推选的方法便是从十个当中取出三个的排列,而总数是:
A310=10×9×8=720
但若并不管职务的差别,则张、王、李三个人被选出来后,他们无论对于三种职务怎样分担都是一样的,只好算得一种选举法。因此我们应当用三个人三种职务分担法的数目去除前面所得的720,而三个人三种职务的分担法一共是:
A33=3×2×1=6
所以从十个人中选出三个干事的方法共是:
同样地,若从A、B、C、D……二十六个字母中取出三个,不管它们的顺序,则总数是:
因为在A326的各种排列中,每三个字母相同只有顺序不同的,如ABC、ACB、BAC、BCA、CAB、CBA只能算成一种,就是A33当中的各种只算成一种。
从这里我们可以看出来,前面计算取两个的例子,我们用2作除数,在算理上实在应当是:
A22=2×1=2
于是我们可以得出一般的公式来,从n件东西中,取出m件的方法应当是:
若用Cmn来代替“从n件东西中取m件”的总数,则
这个公式便是一般的计算组合的式子,为了便当一些,我们还可以将它的形式变更一下;
举个例子说,若在十八个球员中选十一个出来和别人比赛,推举的方法一共便是:
这是依照了公式(1)计算的,实际我们由公式(2)计算更简捷些,
Cmn=Cn-mn这个性质,从实际推想起来,非常有趣味。前面是说从n件里面取出m件,后面是说从n件里面取出n-m件,这两样的数目当然是一样的。你若要追问怎样说是“当然”,那么,你可以这样想:比如一只口袋里面装有n件小玩意儿,你从口袋里摸出m件,那里面所剩的便是n-m件。你的摸法不同,口袋里的剩法也不同。你有若干种摸法,口袋里便跟了有若干种剩法。摸和剩完全是就你自己的地位说的,就东西说,不过分成两组,一在口袋外,一在口袋里罢了。那么取和舍的方法相同不是当然的吗?
组合的基本计算不过这么一回事,但这里有一点应当注意,上面所说的n件东西是完全不相同的,若其中有些相同,计算起来便有些不一样了。关于这一层,读者倘若还要知道得更详细些,最好自己去想一想,不然请看教科书去吧。
归到“棕榄谜”上去,假如五十六只全不相同,那么捡出十四只的方法便是:
C1456=5804731963800