Combinatoire et dénombrement

Programme#

Contenus#

  • Principe additif : nombre d’éléments d’une réunion d’ensembles deux à deux disjoints.
  • Principe multiplicatif : nombre d’éléments d’un produit cartésien. Nombre de $k$-uplets (ou $k$-listes) d’un ensemble à $n$ éléments.
  • Nombre des parties d’un ensemble à $n$ éléments. Lien avec les $n$-uplets de $\{0,1\}$, les mots de longueur $n$ sur un alphabet à deux éléments, les chemins dans un arbre, les issues dans une succession de $n$ épreuves de Bernoulli.
  • Nombre des $k$-uplets d’éléments distincts d’un ensemble à $n$ éléments. Définition de $n!$ Nombre de permutations d’un ensemble fini à $n$ éléments.
  • Combinaisons de $k$ éléments d’un ensemble à $n$ éléments : parties à $k$ éléments de l’ensemble. Représentation en termes de mots ou de chemins.
  • Pour $0 ⩽ k ⩽ n$, formules : $\displaystyle \binom nk = \frac{n(n-1)\ldots(n-k)}{k!}=\frac{n!}{(n-k)!k!}$.
  • Explicitation pour $k = 0, 1, 2$. Symétrie. Relation et triangle de Pascal.

Capacités attendues#

  • Dans le cadre d’un problème de dénombrement, utiliser une représentation adaptée (ensembles, arbres, tableaux, diagrammes) et reconnaître les objets à dénombrer.
  • Effectuer des dénombrements simples dans des situations issues de divers domaines scientifiques (informatique, génétique, théorie des jeux, probabilités, etc.).

Démonstrations#

  • Démonstration par dénombrement de la relation : $\displaystyle \sum _{k=0} ^n \binom nk = 2^n $
  • Démonstrations de la relation de Pascal (par le calcul, par une méthode combinatoire).

Approfondissement possible#

  • Combinaisons avec répétitions.

Exemples d’algorithme#

  • Pour un entier $n$ donné, génération de la liste des coefficients $\displaystyle \binom nk$ à l’aide de la relation de Pascal.
  • Génération des permutations d’un ensemble fini, ou tirage aléatoire d’une permutation.
  • Génération des parties à 2, 3 éléments d’un ensemble fini.

Cours#