Выявление повторного счёта для рассадки с запретами на соседство — проверочная работа по математике, 10 класс
Математика, 10 класс. Проверочная работа по реальной сцене школьного выступления: находим повторный счёт при двух запретах на соседство.
Содержание статьи9 разделов
Ситуация: шесть участников на школьной сцене
Перед выступлением шесть разных ребят — А, Б, В, Г, Д, Е — занимают шесть мест в одном ряду. Для двух пар действуют ограничения: А не должен сидеть рядом с Б, а В не должен сидеть рядом с Г. Один ученик предлагает найти ответ так: «Из всех рассадок вычесть соседство АБ и соседство ВГ». Его результат неверен, хотя каждое отдельное вычитание выглядит логично.
Исходные данные для проверки решения
| Множество рассадок | Число | Как получено |
|---|---|---|
| Все рассадки | 720 | 6! |
| АБ рядом | 240 | 2·5! |
| ВГ рядом | 240 | 2·5! |
| Обе пары рядом | 96 | 2·2·4! |
| Ни одной запрещённой пары рядом | 336 | 720 − 240 − 240 + 96 |
Проверочная работа: 13 связанных вопросов
- Сколько порядков рассадки шести разных участников в шесть мест имеется без запретов?
- Сколько рассадок содержат соседство А и Б?
- Сколько рассадок содержат соседство В и Г?
- Сколько рассадок содержат сразу оба соседства: АБ и ВГ?
- Ученик посчитал 720 − 240 − 240. Какой ответ он получил?
- Сколько рассадок не содержат ни АБ, ни ВГ рядом?
- Сколько раз каждая рассадка с двумя соседними парами вычитается в наивном подсчёте?
- Сколько рассадок содержат АБ рядом, но ВГ не рядом?
- Сколько рассадок содержат ВГ рядом, но АБ не рядом?
- Сколько рассадок содержат ровно одно из двух запрещённых соседств?
- Проверьте разбиение по числу соседних запрещённых пар: ни одной / одна / две.
- Какова вероятность, что случайная равновероятная рассадка удовлетворяет обоим запретам?
- Проверка модели: за круглым столом результат 336 применим без изменений?
Математическая модель: где дважды вычли одно и то же
Обозначим через X множество перестановок с соседством АБ, через Y — с соседством ВГ. Наивная разность |Ω| − |X| − |Y| лишний раз вычитает каждое расположение из X ∩ Y. Правильная формула для двух запретов: |Ω| − |X| − |Y| + |X ∩ Y|. Это и есть принцип включений и исключений.
Способ можно проверить, разбив все рассадки на три группы: ни одна пара не рядом, ровно одна пара рядом, обе пары рядом. Их числа 336, 288 и 96 в сумме дают все 720 исходов. Такая проверка особенно полезна для поиска повторного счёта.
Две независимые проверки на маленьких моделях
Почему прибавляется именно 96? Рассмотрим способ построить рассадку, в которой обе пары сидят рядом. Временно напишем [АБ], [ВГ], Д, Е. Теперь четыре объекта можно расположить в 4!=24 порядках. Внутри первого блока два порядка: АБ и БА; внутри второго тоже два: ВГ и ГВ. Получаем 24·2·2=96. Эти 96 рассадок были включены в «АБ рядом» и одновременно в «ВГ рядом». При вычитании обоих множеств они удаляются дважды, хотя должны быть удалены один раз. Прибавляем ровно 96 — не больше и не меньше.
Для другого теста уменьшите число человек до четырёх: остаются А, Б, В, Г, обе пары запрещены к соседству. Всего существует 24 перестановки. Соседство одной пары встречается в 12 вариантах, другой — тоже в 12; обе пары соседствуют в восьми. Итог 24−12−12+8=8. Эти восемь порядков можно даже выписать вручную, чтобы проверить принцип. Важно, что вариант с обоими соседствами вовсе не является допустимым: прибавление пересечения здесь лишь исправляет арифметику исключения запрещённых исходов.
Почему нельзя считать круговую рассадку тем же способом
В настоящем классе шесть стульев стоят в одну линию: ученик на самом левом месте не соседствует с учеником на самом правом. За круглым столом они были бы соседями. Кроме того, циклические повороты одного расположения иногда считаются одной и той же рассадкой. В условии нашего практикума места пронумерованы и стоят в прямой ряд; менять модель посреди вычисления нельзя.
Оценивание доказательства вместо угадывания числа
При ответе 336 без пояснения преподаватель видит только вычисление. Полный аргумент состоит из четырёх частей: выбор множества всех перестановок, подсчёт каждого запрещённого соседства, подсчёт пересечения двух запретов, корректное применение включений и исключений. Отсутствие четвёртого шага — системная ошибка повторного счёта. Если же ученик получил 336, но считал дважды запрещённые соседства, попросите объяснить, что именно означает прибавленное 96.
Развёрнутый ключ с объяснениями
- Разбор: 720. 6! = 720, места расположены в ряд.
- Разбор: 240. Склеиваем АБ в блок и учитываем оба внутренних порядка: 2·5! = 240.
- Разбор: 240. У пары ВГ такой же расчёт: 2·5! = 240.
- Разбор: 96. Склеиваем два непересекающихся блока: 2·2·4! = 96.
- Разбор: 240. 240; этот результат недосчитывает 96 исходов из-за двойного вычитания пересечения двух запрещённых событий.
- Разбор: 336. 720 − 240 − 240 + 96 = 336. Это число, удовлетворяющее двум запретам.
- Разбор: 2 раза. Она попадает и в множество «АБ рядом», и в множество «ВГ рядом». Возвращаем один раз.
- Разбор: 144. 240 − 96 = 144.
- Разбор: 144. 240 − 96 = 144, симметрично предыдущему.
- Разбор: 288. 144 + 144 = 288: две непересекающиеся группы исходов.
- Разбор: 336, 288, 96. 336 + 288 + 96 = 720. Все варианты учтены ровно один раз.
- Разбор: 7/15. 336/720 = 336/720 = 7/15.
- Разбор: нет. Нет: круговые соседства включают первое и последнее места; здесь считаются только линейные ряды.
Проверка разумности и критерии оценивания
Основной ответ 336 не может быть больше числа рассадок, где запрещено соседство только одной пары (480). Значение 336 этому условию соответствует. Каждая задача оценивается в один балл; в задачах 5–11 требуется пояснить, что пересечение не должно пропасть. Ошибка «отнять дважды и не прибавить обратно» означает непонимание пересекающихся множеств, даже если отдельные факториалы выписаны правильно.
Для самопроверки. Проверяйте, почему итог 336, а не 240; здесь важен не навык вычисления факториала, а корректный учёт пересечения двух запретов.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
