الرياضيات🎓 هدف البكالوريا

الإحصاء والاحتمالات

حل مسائل في العد باستعمال قوانين التحليل التوفيقي

🔊 المعلّمة تقرأ لك
تعرف الآن ثلاثة دساتير: القوائم، الترتيبات، التوفيقات. لكنّ التمرين لا يقول لك أيّها تستعمل: يقول «أعداد ذات ثلاثة أرقام مختلفة»، أو «سحبة تحوي سوداء على الأقلّ»، و عليك أنت أن تترجم. فما هي الخطوات التي تحوّل نصّا إلى عدّ صحيح؟

هذه الحصّة ليست درسا جديدا: هي منهجية. كلّ أدواتها رأيتها، و الجديد هو ترتيب استعمالها و التعرّف على الإشارات التي يخفيها نصّ التمرين.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • ترجمة عبارة من نصّ تمرين إلى النموذج التوفيقي المناسب
  • معالجة شرط على موضع واحد بتثبيته ثمّ عدّ ما بقي
  • توظيف الحادثة العكسية في مسائل «على الأقلّ»
  • عدّ حالات بتصنيفها حتّى لا تُنسى و لا تُكرّر
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • دساتير القوائم و الترتيبات و التبديلات
  • التوفيقات و خاصّيتا التناظر و باسكال

1. ثلاثة أسئلة، و ثلاثة نماذج

قبل كلّ عدّ، اطرح الأسئلة الثلاثة بهذا الترتيب: هل الترتيب يهمّ؟ هل التكرار مسموح؟ هل نأخذ كلّ العناصر؟ الجواب يعيّن الدستور، و لا شيء غيره.

قائمة: الترتيب يهمّ و التكرار مسموح

لكلّ موضع الإمكانيات n نفسها. عبارة المعطى: «على التوالي و بإرجاع».

N = np
nعدد العناصر المتاحةpعدد المواضع أو السحبات
ترتيبة: الترتيب يهمّ و لا تكرار

الجداء يحوي p عاملا بالضبط — و هذا أضبط تحقّق من الدستور. عبارة المعطى: «على التوالي و دون إرجاع».

Anp=n(n−1) × ... × (n−p+1)
توفيقة: الترتيب لا يهمّ

كلّ جزء ذي p عنصرا يولّد p! ترتيبة، فنقسم لنمحو الترتيب. عبارة المعطى: «في آن واحد».

Cnp=Anpp!=n(n−1) × ... × n−p+1p!
عبارة المعطى هي التي تعيّن النموذج: بإرجاع، أو دون إرجاع، أو في آن واحد.

2. الشرط يُعالج أوّلا

إذا كان الشرط يخصّ موضعا واحدا (رقم الآحاد، رقم المئات، عضو معيّن في اللجنة)، ثبّت هذا الموضع أوّلا، ثمّ عدّ ما بقي بحرّية، ثمّ اضرب بالمبدأ الأساسي.

⛔ لا تبدأ بالعدّ الكلّي ثمّ تحاول الطرح إلاّ إن كان العكس أبسط فعلا. الطرح على حالات متداخلة يعطي أعدادا خاطئة دون أن تشعر: مصدر الخطأ أنّ الحالات المطروحة تشترك في مخارج، فتُطرح مرّتين.

3. «على الأقلّ» و المتمّمة

الحادثة العكسية في العدّ

النسخة العدّية من دستور الحادثة العكسية. «واحد على الأقلّ» عكسه «و لا واحد»، و هو حالة واحدة دائما — بينما الحساب المباشر يجمع حالات كثيرة.

n(A) = n(E) − n(A)

4. التصنيف قبل السرد

لمّا يتعذّر الدستور و يلزم العدّ باليد، صنّف قبل أن تسرد: حسب موضع، أو حسب عدد، أو حسب أوّل تحقّق. السرد الحرّ ينسى دائما، و لا شيء في الورقة يقول لك إنّك نسيت.

⭐ تحقّق دائما بمجموع. إن صنّفت حالات إلى أصناف منفصلة، فمجموع أعدادها يجب أن يعطي العدد الكلّي إن كان التصنيف شاملا. مجموع لا يقع هو خطأ مكتشف قبل أن يكلّفك التمرين.
مثال 1: عدّ بشرط على موضع واحد

نستعمل الأرقام 2، 3، 5، 6، 7، 9، و نشكّل منها أعدادا ذات ثلاثة أرقام متمايزة مثنى مثنى.

🎯المطلوب: احسب عدد هذه الأعداد، ثمّ عدد الأعداد الزوجية منها، و عدد مضاعفات 5، و عدد الأعداد الأصغر من 500.

🔹الخطوة 1: العدّ الكلّي

الأرقام متمايزة، فكلّ عدد ترتيبة ذات ثلاثة عناصر من ستّة.

A6³=6 × 5 × 4=120
🔹الخطوة 2: تثبيت الآحاد

العدد زوجي إذا كان رقم آحاده 2 أو 6، و هما الرقمان الزوجيان الوحيدان.

u ∈ {2 ; 6}
🔹الخطوة 3: الباقي

بعد تثبيت الآحاد يبقى ترتيب رقمين متمايزين من الخمسة الباقية.

A5²=5 × 4=20
🔹الخطوة 4: الأعداد الزوجية

فنضرب بالمبدأ الأساسي.

2 × 20 = 40
🔹الخطوة 5: مضاعفات الخمسة

مضاعفات 5 هي التي رقم آحادها 5، أي إمكانية واحدة، و الباقي كما سبق.

1 × A5² = 20
🔹الخطوة 6: الأصغر من 500

و الأصغر من 500 هي التي رقم مئاتها 2 أو 3، أي إمكانيتان للمئات.

2 × A5² = 40
✅النّتيجة

فنجمع الأجوبة الأربعة.

120 ; 40 ; 20 ; 40
⭐ الشرط يعالَج أوّلا. ثبّت الموضع المشروط، ثمّ عدّ ما بقي بحرّية. و لاحظ أنّ 40 تظهر مرّتين هنا لسببين مختلفين تماما: مرّة عن الآحاد و مرّة عن المئات.
مثال 2: «على الأقلّ» بالحادثة العكسية

صندوق فيه خمس كريات سوداء و أربع كريات بيضاء، كلّها متشابهة لا نميّز بينها باللمس. نسحب في آن واحد ثلاث كريات.

🎯المطلوب: احسب عدد السحبات الممكنة، ثمّ عدد السحبات التي تحوي كرية سوداء على الأقلّ، و تحقّق من النتيجة بطريق ثان.

🔹الخطوة 1: عدّ السحبات

السحب في آن واحد: لا ترتيب. و الكريات تسع في المجموع.

n(E)=C9³=9 × 8 × 73 × 2 × 1=5046=84
🔹الخطوة 2: الحادثة العكسية

«سوداء واحدة على الأقلّ» عكسه «لا سوداء إطلاقا»، أي ثلاث بيضاوات من الأربع.

C4³ = 4
🔹الخطوة 3: الطرح

فعدد السحبات الملائمة هو الكلّ ناقص العكس.

84 − 4 = 80
🔹الخطوة 4: التصنيف

و لنعدّ الآن، للتحقّق، السحبات حسب عدد السوداوات فيها: من صفر إلى ثلاث.

C5⁰ C4³ = 1 × 4 = 4 ; C5¹ C4² = 5 × 6 = 30 ; C5² C4¹ = 10 × 4 = 40 ; C5³ C4⁰ = 10 × 1 = 10
🔹الخطوة 5: التحقّق بالمجموع

مجموع الأصناف الأربعة يجب أن يعطي العدد الكلّي.

4 + 30 + 40 + 10=84
✅النّتيجة

و مجموع الأصناف الثلاثة الأخيرة هو العدد المطلوب نفسه.

30 + 40 + 10 = 80
⭐ الطريقان يتقاطعان في 80، و ذلك يقين. الأوّل أقصر بكثير في الامتحان، و الثاني يعلّمك الجداء من توفيقتين — و هو أكثر ما يُكتب في هذا الباب: نختار من كلّ لون على حدة، ثمّ نضرب.
مثال 3: التصنيف يمنع النسيان

نرمز للذكر بـ G و للأنثى بـ F، فتكون كلّ عائلة ذات خمسة أطفال قائمة ذات خمسة عناصر مثل ⁦(F, G, F, G, G)⁩.

🎯المطلوب: احسب عدد العائلات ذات خمسة أطفال التي فيها ثلاثة أطفال على الأقلّ متتابعون من الجنس نفسه.

🔹الخطوة 1: العدّ الكلّي

كلّ عائلة قائمة ذات خمسة عناصر من حرفين.

n(E)=2⁵=32
🔹الخطوة 2: التصنيف

نعدّ أوّلا الحالات ذات ثلاث إناث متتابعات على الأقلّ، مصنّفة حسب موضع أوّل ثلاثي.

i ∈ {1 ; 2 ; 3}
🔹الخطوة 3: الحالة الأولى

الثلاثي في المواضع الثلاثة الأولى: الموضعان الباقيان حرّان، أربع حالات.

(F,F,F,F,F) ; (F,F,F,F,G) ; (F,F,F,G,F) ; (F,F,F,G,G)
🔹الخطوة 4: الحالة الثانية

الثلاثي في المواضع 2 و 3 و 4، و الموضع الأوّل ذكر حتّى لا نكرّر ما سبق: حالتان.

(G,F,F,F,F) ; (G,F,F,F,G)
🔹الخطوة 5: الحالة الثالثة

الثلاثي في المواضع الثلاثة الأخيرة، و الموضع الثاني ذكر لنفس السبب: حالتان.

(F,G,F,F,F) ; (G,G,F,F,F)
🔹الخطوة 6: مجموع الحالة الأنثوية

فمجموع الحالات الأنثوية ثمانية.

4 + 2 + 2 = 8
✅النّتيجة

و بالتناظر تماما بتبديل الحرفين، للذكور ثمانية أيضا، و الصنفان منفصلان لأنّ خمسة مواضع لا تسع ثلاثيّين متعاكسين.

8 + 8 = 16
⭐ التصنيف حسب موضع أوّل ثلاثي هو ما يجعل العدّ كاملا. من سرد الحالات «كما تأتيه» نسي عادة ⁦⁦(F,F,F,F,G)⁩⁩ و ⁦⁦(F,F,F,G,F)⁩⁩ و ⁦⁦(F,G,F,F,F)⁩⁩ — و هي التي يزيد فيها حرف على الثلاثي أو يسبقه حرف واحد. و التحقّق بالجمع ⁦4 + 2 + 2⁩ يغلق الباب.
مثال 4: تقسيم إلى صنفين لا يلتقيان

قسم فيه عشرون تلميذا، من بينهم أحمد. نريد اختيار تلميذين من القسم.

🎯المطلوب: احسب عدد الاختيارات الممكنة a، ثمّ العدد b للاختيارات التي لا تضمّ أحمد، ثمّ العدد c للاختيارات التي تضمّه، و حدّد العلاقة بين الأعداد الثلاثة.

🔹الخطوة 1: العدد الكلّي

اختيار تلميذين لجنة، أي جزء ذو عنصرين من عشرين.

a=C20²=20 × 192=190
🔹الخطوة 2: بدون أحمد

اللجان التي لا تضمّ أحمد تُختار كلّها من التسعة عشر الباقين.

b=C19²=19 × 182=171
🔹الخطوة 3: مع أحمد

و اللجان التي تضمّ أحمد: مكانه محجوز، فيبقى اختيار زميل واحد من التسعة عشر.

c=C19¹=19
🔹الخطوة 4: التحقّق

نجمع العددين و نقارن بالعدد الكلّي.

b + c=171 + 19=190
✅النّتيجة

فالعلاقة محقّقة، و هي علاقة باسكال نفسها بلغة الوضعية.

a = b + c ⟺ C20² = C19² + C19¹
⭐ كلّ برهان في العدّ يقوم على هذه الحركة: قسّم الحالات إلى صنفين لا يلتقيان و لا يفوتهما شيء، ثمّ اجمع. تثبيت عنصر و السؤال «هل هو داخل؟» هو أنجع تقسيم، و هو ما يبرهن علاقة باسكال.
⛔ اقرأ المعطى مرّتين قبل أن تكتب سطرا، و علّم بقلمك ثلاث عبارات: صيغة السحب («بإرجاع»، «دون إرجاع»، «في آن واحد»)، و أدوات الشرط («على الأقلّ»، «بالضبط»)، و ما يُطلب فعلا. أغلب النقاط الضائعة في هذا الباب تضيع في قراءة النصّ، لا في الحساب.
الخلاصة: العدّ منهجية لا حفظ — ثلاثة أسئلة تختار الدستور، و الشرط يُعالج بالتثبيت، و «على الأقلّ» يُعالج بالعكس، و ما لا دستور له يُصنّف قبل أن يُسرد. و كلّ عدّ يُختم بتحقّق: مجموع الأصناف يجب أن يعطي العدد الكلّي.

الصفحة 1/8

© مدرستي — هذا الدرس من تأليف مدرستي · madrassati.net