Chapter 7
หลักการนับเบื้องต้น
Fundamental Principles of Counting
วิธีนับจำนวนวิธีโดยไม่ต้องเขียนออกมาทีละแบบ — กฎการคูณ การเรียงสับเปลี่ยน และการจัดหมู่ พร้อมเกณฑ์ตัดสินว่าโจทย์นี้ลำดับสำคัญหรือไม่
- หลักสูตรแกนกลาง / สสวท.
- สถิติและความน่าจะเป็นรายวิชาพื้นฐาน ม.4
- Common Core (US)
- S-CP
- Cambridge
- AS Level — Permutations and combinations
7.1 กฎการบวกและกฎการคูณ
- สองกฎที่ต้องแยกให้ออก
- กฎการบวก — งานที่เลือกทำอย่างใดอย่างหนึ่ง ให้บวกจำนวนวิธี
- กฎการคูณ — งานที่ต้องทำทุกขั้นต่อกัน ให้คูณจำนวนวิธี
- คำใบ้: “หรือ” มักนำไปสู่การบวก · “แล้วก็” หรือ “ตามด้วย” นำไปสู่การคูณ
ตัวอย่าง
เดินทางจากเมือง A ไป B มีรถ 3 สายและเรือ 2 ลำ · จาก B ไป C มีรถไฟ 4 ขบวน จงหาจำนวนวิธีเดินทางจาก A ถึง C
วิธีทำ
- 1.จาก A ไป B เลือกรถหรือเรือ จึงใช้กฎการบวก: วิธี
- 2.จาก B ไป C มี 4 วิธี
- 3.ต้องทำทั้งสองช่วง จึงใช้กฎการคูณ:
ตอบ วิธี
เคล็ดลับ
วาด แผนภาพต้นไม้ สำหรับโจทย์เล็ก ๆ ก่อนเสมอในช่วงแรกที่เรียน · เห็นภาพว่าทำไมถึงคูณ ไม่ใช่จำว่าต้องคูณ แล้วพอโจทย์ใหญ่ขึ้นจะเลือกกฎถูกเอง
7.2 การเรียงสับเปลี่ยน
นิยาม
การเรียงสับเปลี่ยน (Permutation)
การจัดสิ่งของโดยที่ ลำดับสำคัญ · สลับที่กันแล้วนับเป็นคนละแบบ
สูตรการเรียงสับเปลี่ยน
เลือก ชิ้นจาก ชิ้นมาเรียง · เมื่อ จะได้ พอดี
แฟกทอเรียล
ไม่ใช่ข้อยกเว้นตามใจ แต่เป็นค่าที่ทำให้สูตรทั้งหมดไม่ขัดกัน
ตัวอย่าง 1
มีหนังสือ 6 เล่มต่างกัน จะจัดวางบนชั้น 3 ตำแหน่งได้กี่วิธี
วิธีทำ
- 1.ตำแหน่งต่างกันจึงถือว่าลำดับสำคัญ
- 2.
ตอบ วิธี
ตัวอย่าง 2
จงหาจำนวนวิธีเรียงตัวอักษรในคำว่า BANANA
วิธีทำ
- 1.มี 6 ตัวอักษร แต่ A ซ้ำ 3 ตัว และ N ซ้ำ 2 ตัว
- 2.
ตอบ วิธี
ข้อควรระวัง
ของที่ซ้ำกันต้อง หารด้วยแฟกทอเรียลของจำนวนที่ซ้ำ · ไม่หารคือนับซ้ำ เพราะสลับ A สองตัวกันแล้วได้คำเดิม แต่สูตรนับเป็นคนละแบบ
7.3 การจัดหมู่
นิยาม
การจัดหมู่ (Combination)
การเลือกสิ่งของโดยที่ ลำดับไม่สำคัญ · เลือกได้ชุดเดียวกันถือว่าเป็นแบบเดียวกัน
สูตรการจัดหมู่
คือ ที่หารด้วย เพื่อลบการนับซ้ำจากการเรียงลำดับ
| โจทย์พูดถึง | ลำดับสำคัญ? | ใช้ |
|---|---|---|
| จัดที่นั่ง เรียงแถว จัดอันดับ | สำคัญ | การเรียงสับเปลี่ยน |
| เลือกกรรมการ เลือกทีม หยิบของ | ไม่สำคัญ | การจัดหมู่ |
| ตำแหน่งต่างกัน เช่น ประธานกับเลขา | สำคัญ | การเรียงสับเปลี่ยน |
| ตำแหน่งเหมือนกัน เช่น กรรมการ 3 คน | ไม่สำคัญ | การจัดหมู่ |
ตัวอย่าง 1
จากนักเรียน 10 คน จะเลือกกรรมการ 3 คนได้กี่วิธี
วิธีทำ
- 1.กรรมการทั้งสามตำแหน่งเหมือนกัน ลำดับจึงไม่สำคัญ
- 2.
ตอบ วิธี
ตัวอย่าง 2
จากนักเรียน 10 คน จะเลือกประธาน รองประธาน และเลขา ได้กี่วิธี
วิธีทำ
- 1.สามตำแหน่งต่างกัน ลำดับจึงสำคัญ
- 2.
ตอบ วิธี
ทำไมถึงเป็นแบบนั้น
สองตัวอย่างข้างบนใช้ตัวเลขชุดเดียวกัน แต่ต่างกัน 6 เท่า ซึ่งก็คือ พอดี · นั่นคือจำนวนวิธีสลับตำแหน่งของคนสามคนที่เลือกมาแล้ว — เป็นเหตุผลทั้งหมดที่สูตรจัดหมู่ต้องหารด้วย
7.4 กลยุทธ์สำหรับโจทย์ที่ซับซ้อน
- เทคนิคที่ใช้บ่อย
- จัดการเงื่อนไขก่อน — ถ้าโจทย์บังคับให้บางคนอยู่ติดกัน ให้มัดรวมเป็นก้อนเดียวก่อนแล้วค่อยเรียง
- นับส่วนเติมเต็ม — โจทย์ที่ถาม “อย่างน้อย” ให้นับทั้งหมดแล้วลบกรณีที่ไม่ต้องการ
- แบ่งกรณี — ถ้าเงื่อนไขแยกได้เป็นหลายแบบที่ไม่ทับกัน ให้นับแยกแล้วบวก
ตัวอย่าง
คน 5 คนนั่งเรียงแถว โดยที่ ก และ ข ต้องนั่งติดกัน จะจัดได้กี่วิธี
วิธีทำ
- 1.มัด ก กับ ข เป็นก้อนเดียว จึงเหลือของที่ต้องเรียง 4 ก้อน
- 2.เรียง 4 ก้อนได้ วิธี
- 3.ภายในก้อน ก กับ ข สลับกันได้ วิธี
- 4.
ตอบ วิธี
เคล็ดลับ
โจทย์นับที่ตันส่วนใหญ่แก้ได้ด้วยคำถามสองข้อ: ลำดับสำคัญไหม และ มีเงื่อนไขบังคับอะไรที่ควรจัดการก่อน · ตอบสองข้อนี้ได้ วิธีทำมักจะชัดขึ้นทันที
🎯 Key takeaways
- “หรือ” ให้บวก · “แล้วก็” ให้คูณ
- ใช้เมื่อลำดับสำคัญ · ใช้เมื่อไม่สำคัญ
- ของซ้ำต้องหารด้วยแฟกทอเรียลของจำนวนที่ซ้ำ มิฉะนั้นนับเกิน
- การจัดหมู่คือการเรียงสับเปลี่ยนที่หารการนับซ้ำ ออก
- เงื่อนไข “ต้องติดกัน” ให้มัดเป็นก้อนก่อน แล้วอย่าลืมคูณการสลับภายในก้อน
Read it — now practise it
Generate a worksheet on this topic, or sit a timed mock paper.