关于组合数的问题? 10

像C(m,4)中,m取2时,C(m,4)最大(C(,0,4)=1,C(1,4)=4,C(2,4)=6,C(,3,4)=4,C(,,4,4)=1)。那么当在C(m,n)中,... 像C(m,4)中,m取2时,C(m,4)最大(C(,0,4)=1,C(1,4)=4,C(2,4)=6,C(,3,4)=4,C(,,4,4)=1)。那么当在C(m,n)中,求其最大值与最小值?我想要证明过程,我用C(m,n)=n!/((n-m)!m!)怎么也证不出来。 展开
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2013-04-15 · TA获得超过5005个赞
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你应该知道“二项式定理”和“杨辉三角”吧?
  当n固定时,m取从0到n,得到的一系列组合数,就是n次二项式展开后的系数数列;
  当n从1开始依次取各个正整数,再将按上述方式得到的组合数数列并排,就得到杨辉三角;
二项式系数的性质早已证明:
  对称性:对每个n得到的一列系数,以中间系数为基点,两边的系数分别对称;
  增减性:先增后减,中间最大,两端最小;
所以:
  最小值:C(0,n)=C(n,n)=1;
  最大值:C(n/2,n);——n为偶数;
      C((n-1)/2,n)=C((n+1)/2,n);n——为奇数;

至于你要的证明过程,数学家怎么证的我不知道,但根据公式是可以证明的:
  C(m,n)=n!/((n-m)!m!);
在此,n是常数,n!也就是常数了;所以关键在分母上。
  关于乘法,有这样一个性质:周长相等的矩形中,正方形的面积最大。其原理就是:
   “和固定不变”的两个正数相乘,在两数相等时积最大;
  类似地,现在我们要讨论阶乘相乘的性质:
   和固定不变的两个自然数的“阶乘”相乘,在两数相等(至少是差最小)时积“最小”;
证明:
  我们都知道,所谓阶乘,就是从1连续乘到这个数。对于(n-m)和m,它们的阶乘的乘积,最终将是n个数的乘积。所以,结果的大小就取决于参与乘法运算的数的大小。
  设x=n/2;n固定时,x也固定不变(x可能是小数);
因为(n-m)+m≡n,所以在数轴上,这两个数:要么都等于x;要么分别落在x的两侧;
  那么参与最终的乘法运算的n个数,不管重复与否,必然有的小于x,有的大于x。因为总个数固定,所以:
  小于x的数越多,大于x的数就越少;反之亦然。
并且不难发现:
  当m确定时,大于或小于x的数的个数及大小也就确定了;
  当m不同时,大于x的数的“个数”也必然不同;所以:
    最终乘积的大小,完全取决于大于x的数的个数;——这是解题关键;
设大于x个的数的个数为k;那么不难算出:
  k≈|(n-m)-m|/2=|(n/2)-m|=|x-m|;
用“约等于”是考虑到x为小数时的情况;其实严格来说k应该上述结果“向上取整”,即:
  结果为整数时,保持不变;
  结果为小数时,取其整数部分再加1;

不管怎样,上式都证明了以下性质:
  m与x(即n的中间位置)越接近,最终乘积就越小;反之:
  m与x越远离,最终乘积就越大;
——这就是阶乘乘法的性质。

  最后,因为上述阶乘乘积是做“分母”的,所以变化规律恰好反过来:
    m越接近n的中间位置,组合数越大;反之:
    m越接近n的两端位置,组合数越小;
追问
"当m不同时,大于x的数的“个数”也必然不同;所以:最终乘积的大小,完全取决于大于x的数的个数"这句话不太懂。能不能详细说一下?为什么m不同,个数不同?为什么与小于x的数的个数无关?
追答

其实我给出的不是严格的证明方法,那需要定义很多符号。我只是给了一个笼统的、直观的证明思路。看下图:

不难看出:

(1)所谓n!其实就是数轴的在以下区间上,各个整数的乘积:

  蓝色区间+紫色区间+绿色区间;——————————————————①

而我们最终所求的y=m!·(n-m)!;对应的区间则是:

  2个蓝色区间+紫色区间;—————————————————————②

因为蓝色区间总是与绿色区间等长,所以我说:

  ①和②中,参与乘积的数字的“总个数”是恒等的。

 

(2)当m≠(n-m)时,它们必然分居x的两侧;因二者对于n是对称的,我们不妨假设m<(n-m)。而所谓紫色区间的长度,其实就是这两个数的差;所以,当二者相等时,紫色区间消失。

 

(3)m越大(即越靠近x),蓝色区间就越长、紫色区间就越短——而且紫色区间是从两端同时缩短的;比较上面两图:

  对于我们关心的部分,排除两图都有的区间外:

蓝色区间增加的部分是:[m,m′];(该区间在图1中出现1次,在图2中出现2次)

紫色区间减少的部分是:[n-m′,n-m];

  显然,这两个区间等长;且前者中每个元素都小于x,而后者每个元素都大于x,所以,显然后者的乘积大于前者。即:增加的部分,小于减少的部分;那么:图1对应的最终结果必然大于图2。即:

  m(以及:n-m)越靠近x,结果就越小。

 

  我说“当m不同时,大于x的数的“个数”也必然不同”,是指:m变化时,紫色区间必然变化;而这种变化的结果之一就是:大于x的数的变化;

  我说“最终乘积的大小,完全取决于大于x的数的个数”,这个说法可能不太严格。因为m的变化还会产生第二个结果:小于x的数的变化;——即:蓝色区间的变化;并且这两种变化对乘积的影响总是相反的。

  但是,由于参与相乘的数不管是增加还是减少,它们的个数总是相等的;而且:大于x的数的变化,对乘积的影响,必然超过小于x的数的影响。所以我的这种说法,从结果上看也没错。

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用排队来理解这个问题:
把n个相同的盒子和r个不同的球排队,但第一位必须是盒子
(要知道,我们把球放入盒子中,表示为球必须排在盒子的后面)
n*p(n+r-1,n+r-1);
现在的问题是小球是相同的,我们给小球在做这个方法的时候全排过
结果应该是
n*p(n+r-1,n+r-1)/p(r,r)
=n*c(r-1,n+r-1)
=c(r,n+r-1)
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