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출처 손안의 수학

순열과 조합

다른 표기 언어 permutation

네 가지 색깔의 공-빨강, 초록, 파랑, 노랑-이 주머니 안에 숨겨져 있다고 하자. 공을 두 개 꺼내어 순서대로 그 색깔을 쓴다고 할 때 몇 가지 경우가 가능할까?

네 가지 색깔의 공을 두개씩 조합하는 경우의 수

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그 답은 12가지이다. 이것은 매우 명백하다. 첫 번째 공을 꺼낼 때는 4가지 경우가 있다. 두 번째 공을 꺼낼 때는 공이 오직 3개만 남아 있다. 따라서 전체 경우의 수는 4×3=12이다.

만약 주머니 안에 12가지 색깔의 공이 들어 있고 공을 여섯 번 꺼낸다면 어떻게 될까? 물론 우리는 모든 가능한 경우의 수를 나열할 수 있겠지만 더 간단한 방법이 있다.

첫 번째 공을 꺼낼 때는 12가지 중에서 고르게 된다. 두 번째 공을 꺼낼 때는 11가지, 세 번째는 10가지, 네 번째는 9가지. 다섯 번째는 8가지, 여섯 번째는 7가지 중에서 고르게 된다. 이것이 의미하는 것은 가능한 순열의 수가 다음과 같다는 것이다.

(가능한 순열의 수)=12×11×10×9×8×7=665,280

위 식은 매우 익숙하다. 12!의 앞 부분인 것이다. 사실 위 수는 6×5×4×3×2×1 부분이 없는 12!이다. 그리고 6×5×4×3×2×1는 6!이다.

따라서 가능한 순열의 수는 수식이다.

이것을 일반화하면 n개에서 k개를 뽑는 순열의 수가 만들어진다.

P(n, k)=수식

조합

이것과 관련되어 있지만 조금 다른 것이 조합이다. 위의 공을 꺼내는 예에서 우리는 노란 공을 꺼내고 빨간 공을 꺼내는 경우, 빨간 공을 꺼내고 노란 공을 꺼내는 경우와 같이 순열을 사용했다. 만약 중복으로 세기를 원하지 않는다면, 조합을 계산할 수 있다.

n개의 대상에서 k개를 중복없이 뽑는 조합의 수는 다음과 같다.

C(n, k)=수식

확률의 덧셈

카드 한 벌에서 한 장의 카드를 뽑았다고 하자. 스페이드 A를 뽑았을 확률은 얼마일까? 앞에서 언급한 방정식으로부터 다음을 얻는다.

P(스페이드 A)=수식

이제 다시 카드를 카드 더미에 집어 넣자. 그리고 다시 한 장을 뽑을 때 하트 A를 뽑을 확률은 얼마일까? 여전히 52장의 카드가 있으므로

P(하트 A)=수식

사건 A와 사건 B가 동시에 일어날 확률을 구하기 위해서는 두 사건의 확률을 곱하면 된다.

P(스페이드 A와 하트 A)=수식×수식=수식

즉, 스페이드 A와 하트 A를 모두 뽑는 경우는 2704가지의 기회 중 하나로 매우 드문 경우이다.

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종속 확률

처음에는 스페이드 A가 나오고 둘째는 하트 A가 나올 확률을 알고 싶을 때–단, 처음 카드를 다시 넣지 않는다고 하자–우리는 여전히 두 확률을 곱해야 하지만 둘째 확률은 남은 51장의 카드 중에서 뽑아야 하므로 약간의 변화가 있다. 즉, 둘째 카드는 첫째 카드가 무엇이냐에 따라 달라진다.

P(스페이드 A와 하트 A)=수식×수식=수식

이 확률은 앞의 확률과 거의 비슷하지만 조금 다르다.

종속 확률의 결합은 다음과 같이 나타낸다.

P(A와 B)=P(B|A)P(A)

여기서 P(B|A)는 사건 A가 이미 일어났을 때 사건 B가 일어날 확률을 말한다.

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마크 프레리 집필자 소개

UCL에서 천문학과 물리학으로 학위를 받은 과학기술 분야의 저술가이다. 영국 서리에 있는 멀라드 우주과학연구소에서 우주선 연구를, 스위스의 제네바에 위치한 유럽의 소립자연구소인 유럽원자핵공동연구..펼쳐보기

출처

손안의 수학
손안의 수학 | 저자마크 프레리 | cp명지브레인 도서 소개

우리 삶에 깊숙이 관련된 수학을 만나보는 시간! 공식과 도표, 사진을 통해 이해하기 쉽게 정리하였다. 수의 역사, 개념, 기하학과 삼각비, 본질적인 대수, 확률론, 무..펼쳐보기

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