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¿Cuántas maneras de elegir $k$ de $n$ números con exactamente al menos $m$ números consecutivos?

¿De cuántas maneras distintas para elegir a $k$ $n$ números es un problema estándar de pregrado en la teoría de la probabilidad que tiene el coeficiente binomial como su solución. Un ejemplo sería el de los juegos de la lotería se ha $13983816$ formas de elegir los $6$ número de $49$.

Mi pregunta es: ¿cuántas maneras hay para elegir, $k$ $n$ números con exactamente, por lo menos $m$ números consecutivos?

Un ejemplo sería el de cuántas maneras existen para elegir a $6$ $49$ números con exactamente, por lo menos $5$ números consecutivos, por ejemplo,$\{2,3,4,5,6,26\}$? He leído que la respuesta es $1936$ formas para que "al menos"-caso.

Me gustaría tener una fórmula general y si es posible una derivación de ella. Buenas referencias también son bienvenidos. Gracias.

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Stefan4024 Puntos 7778

En primer lugar, vamos a hacer algunos evidente restricción:

$$m \le k \le n$$

Tenga en cuenta que si se elige el primer número, a continuación, el siguiente $m-1$ números no pueden ser elegidos. Por ejemplo, en tu ejemplo, si elegimos $2$ a ser nuestro primer número, entonces esto implica que el $3,4,5,6$ el segundo, tercero, cuarto y quinto número de respectivly.

Hay $n-m+1$ elegir el primer número, porque si elegimos un número mayor que $n-m$, entonces no podemos elegir a $m$ número consecutivo empezando por uno.

Ahora tenemos que eligió $n-m$ números aleatorios para $k-m$ lugares.

Debido a que usted ha mencionado billetes de lotería, donde el orden no es importante, vamos a suponer que en el cálculo el orden no es importante.

Primero quiero destacar algo. Voy a utilizar de nuevo el ejemplo. Tomamos los números del 1 al 5, consecutivos y vamos a colocar en los primeros 5 lugares y, a continuación, algunos de números aleatorios, pero para el propósito de la presentación vamos a elegir 6. Entonces el juego será:

$${1,2,3,4,5,6}$$

Ahora vamos a pensar como estos, vamos a elegir los números del 2 al 6 y los colocará en los últimos 5 lugares y el número aleatorio será 1. El conjunto entonces será;

$${1,2,3,4,5,6}$$

No se establece el mismo? Pero elegimos el uso de 2 formas diferentes, lo que significa que vamos a hacer algunas restricciones y vamos a hacer los 2 casos.

Caso 1: $k=m$

Obviamente tenemos espacio para colocar el número consecutivo así que vamos a $P(n,k,m)$ representan el número de formas de elegir los $k$ número de $n$ números con $m$ números consecutivos, por lo tanto tenemos:

$$P(n,k,m) = n-m+1$$

Caso 2: $k \ge m+1$

Tenga en cuenta que si $1$ es el primer número de la serie que no podemos elegir el predecesor, porque no hay uno. Por lo tanto tenemos:

$$P(n,k,m) = (n-m) \times \binom{n-m-1}{k-m} + \binom{n-m}{k-m}$$


Y si calculamos para el ejemplo tenemos:

$$P(49,6,5) = (49-5) \times \binom{49-5-1}{6-5} + \binom{49-5}{6-5}$$ $$P(49,6,5) = 44 \times \binom{43}{1} + \binom{44}{1}$$ $$P(49,6,5) = 44 \times 43 + 44$$ $$P(49,6,5) = 1936$$

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z_dood Puntos 1

Dado un subconjunto $S$$[n]$, nos vamos a denotar por $x_i$ (resp. $y_i$) las longitudes de las ejecuciones sucesivas de los elementos en el interior (resp. fuera de) $S$. Por ejemplo, si $n=7$$S=\{1,2,4,5,6\}$, entonces usted tiene $x_1=2$ (correspondiente a $1,2\in K$), $y_1=1$ (correspondiente a $3\notin K$), $x_2=3$ y $y_2=1$.

El uso de la correspondencia anterior, se tiene que cualquier $k$-subconjunto $S$$[n]$, con al menos $m$ consecutivos elementos está determinada únicamente por un único par $\bigl((x_i),(y_i)\bigr)$ (finito) de las secuencias de enteros positivos tal que $\sum_ix_i=k, \sum_iy_i=n-k, x_i,y_i\geq1$ por cada $i$ $x_i\geq m$ algunos $i$. Si la secuencia de $x$s tiene una longitud de $r$ (es decir, si nuestro subconjunto $S$ $r$ carreras de elementos consecutivos), entonces la mutuamente excluyentes posibilidades para el "trenzado" de la secuencia de $(y_i)$ con la secuencia de $(x_1,\dots,x_r)$ son los siguientes:

  • Si $1,n\in S$, a continuación, el trenzado es de la forma $x_1,y_1,x_2,y_2,\dots,x_{r-1},y_{r-1},x_r$.

  • Si $1,n\notin S$, a continuación, el trenzado es de la forma $y_1,x_1,y_2,x_2,\dots,y_r,x_r,y_{r+1}$.

  • Si $1\in S$$n\notin S$, a continuación, el trenzado es de la forma $x_1,y_1,x_2,y_2,\dots,x_r,y_r$.

  • Si $1\notin S$ pero $n\in S$, a continuación, el trenzado es de la forma $y_1,x_1,y_2,x_2,\dots,y_r,x_r$.

Recordemos que el número de soluciones en $\mathbb N$ de la ecuación de $z_1+\cdots+z_p=q$ es, precisamente,$\binom{p+q-1}{p-1}$, y el número de soluciones en $\mathbb Z^+$ de la misma ecuación se $\binom{q-1}{p-1}$ (porque el cambio de $z_i$$z_i-1$, entonces usted está buscando soluciones en $\mathbb N$$z_1+\cdots+z_p=q-p$). Desde cada una de las $x_i$ debe $\geq1$, entonces el cambio de $x_i$ $x_i-1$ vemos que queremos soluciones en $\mathbb N$ $x_1+\cdots+x_r=k-r$ $x_i\geq m-1$ algunos $i$, por lo que debemos aplicar inclusión-exclusión. Para cada una de las $j$ deje $A_j=\bigl\{(x_1,\dots,x_r): x_1+\cdots+x_r=k-r, x_j\geq m-1\bigr\}$. Si $1\leq j_1<\cdots<j_\ell\leq r$, luego cambiando $x_i$ $x_i-(m-1)$ $i=j_1,\dots,j_\ell$ vemos que los elementos en $A_{j_1}\cap\cdots\cap A_{j_\ell}$ corresponden a soluciones en $\mathbb N$$x_1+\cdots+x_r=k-r-\ell(m-1)$, y por lo $\bigl|A_{j_1}\cap\cdots\cap A_{j_\ell}\bigr|=\binom{k-\ell(m-1)-1}{r-1}$. Por lo tanto el número de soluciones de $(x_1,\dots,x_r)$, fija $r$, es igual a

$$\sum_{\ell=1}^r(-1)^{\ell-1}\sum_{1\leq j_1<\cdots<j_\ell\leq r}\bigl|A_{j_1}\cap\cdots\cap A_{j_\ell}\bigr|=\sum_{\ell=1}^r(-1)^{\ell-1}\binom r\ell\binom{k-\ell(m-1)-1}{r-1}\,.$$

Por otro lado, el número de soluciones de $(y_1,\dots,y_s)$ $\mathbb Z^+$ $y_1+\cdots+y_s=n-k$ es igual a $\binom{n-k-1}{s-1}$. Tenga en cuenta que $s=r$ en dos instancias del problema, $s=r+1$ en un caso y $s=r-1$ en el resto de instancia. Por lo tanto, fija $r$, el número total de tuplas $(y_i)$ que puede ser trenzado con una secuencia fija $(x_1,\dots,x_r)$ es igual a

$$\begin{align*} &\,\Biggl[\,\binom{n-k-1}{r-1}+\binom{n-k-1}{r}\Biggr]+\Biggl[\,\binom{n-k-1}{r}+\binom{n-k-1}{r+1}\Biggr]\\ =&\,\binom{n-k}{r}+\binom{n-k}{r+1}\\ =&\,\binom{n-k+1}{r+1}\,. \end{align*}$$

En consecuencia, el número de $k$-subconjuntos de a$[n]$, con al menos $m$ consecutivos miembros es igual a

$$N(n,k,m)=\sum_{r\geq1}\binom{n-k+1}r\sum_{\ell=1}^r(-1)^{\ell-1}\binom r\ell\binom{k-\ell(m-1)-1}{r-1}$$

y el número de $k$-subconjuntos de a $[n]$ $m$ consecutivos miembros, pero sin $m+1$ consecutivos miembros será igual a $N(n,k,m)-N(n,k,m+1)$. Estoy asumiendo que cuando usted pide "exactamente" $m$ consecutivos miembros, que están permitiendo disponer de dos o más secuencias de números consecutivos (es decir, de acuerdo a la notación anterior, $x_i=m$ puede ocurrir más de un valor de $i$); de lo contrario, el problema es mucho más difícil.

ANEXO

En realidad el problema restringido no es más difícil que el de la versión anterior. Supongamos que desea crear un $k$-subconjunto de $[n]$ que contiene exactamente una carrera de $m$ números consecutivos, y la otra se ejecuta ser de longitud de menos de $m$. Deje $r\geq1$ el número de carreras de elementos consecutivos en el subconjunto. Como antes, las posibilidades para las carreras de elementos consecutivos fuera de su subconjunto contribuye (multiplicatively) $\binom{n-k+1}{r+1}$ el número de subconjuntos. Por otro lado, con $x_1,\dots,x_r$ como antes, entonces exactamente uno de los números de $x_i$ es igual a $m$. Esto puede ser hecho en $r$ maneras. Y ahora que usted está buscando soluciones en $\mathbb Z^+$ $z_1+\cdots+z_{r-1}=k-m$ ($z_k$ son simplemente las variables$x_j$$j\ne i$) $z_k<m$ por cada $k$. Este número también se puede calcular a través de la inclusión-exclusión: de hecho, queremos calcular el $\bigl|(A_1\cup\cdots\cup A_{r-1})^{\,c}\bigr|$, donde $A_k=\bigl\{(w_1,\dots,w_{r-1})\in\mathbb N^{r-1}: w_1+\cdots+w_{r-1}=k-m-(r-1), w_k\geq m-1\bigr\}$ ($w_j=z_j-1$). Razonando como en la primera parte de mi respuesta llegamos a la conclusión de que el número deseado de secuencias de $(z_1,\dots,z_{r-1})$ es igual a

$$\begin{align*} &\,\binom{k-m-1}{r-2}-\sum_{\ell=1}^{r-1}(-1)^{\ell-1}\binom{r-1}\ell\binom{k-m-\ell(m-1)-1}{r-2}\\ =&\,\sum_{\ell=0}^{r-1}(-1)^\ell\binom{r-1}\ell\binom{k-m-\ell(m-1)-1}{r-2}\,. \end{align*}$$

Por consiguiente, el número de $k$-subconjuntos de a $[n]$ con exactamente una carrera de $m$ consecutivos miembros y todas las otras carreras de los consecutivos de los miembros con la longitud estrictamente menor que $m$, es igual a

$$\sum_{r\geq1}r\,\binom{n-k+1}{r+1}\sum_{\ell=0}^{r-1}(-1)^\ell\binom{r-1}\ell\binom{k-m-\ell(m-1)-1}{r-2}\,.$$

0voto

dwj Puntos 2006

Después de algunos más buscando en Google encontré la siguiente referencia que da una fórmula general y una derivación:

Combinatoria de lotería por McPherson & Hodson

i-Ciencias.com

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