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Wie viele Kombinationen gibt es für 7 Sockenpaare?

Universität / Fachhochschule

Tags: Kombinatorik

 
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Eleria

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19:39 Uhr, 17.11.2023

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Kim hat 7 Sockenpaare in 7 verschiedenen Farben. Zu Beginn der Woche liegen alle 14 Socken einzeln in der Schublade. Jeden Morgen zieht Kim blind 2 Socken heraus, bis für den Sonntag genau noch ein Paar übrig bleibt (also Ziehen ohne Zurücklegen). Wie viele „verschiedenartige“ Wochen gibt es? Also wie viele verschiedene Möglichkeiten gibt es für die Zusammenstellung von 7 Paaren? Dabei spielt es keine Rolle, wie die Reihenfolge der Paare ist (also an welchem Tag welches Paar gezogen wurde).



Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich benötige bitte nur das Ergebnis und keinen längeren Lösungsweg."
Hierzu passend bei OnlineMathe:

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
Online-Nachhilfe in Mathematik
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HAL9000

HAL9000

19:51 Uhr, 17.11.2023

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> Dabei spielt es keine Rolle, wie die Reihenfolge der Paare ist (also an welchem Tag welches Paar gezogen wurde).

Macht die Sache leider nicht einfacher. Auf die Tippeltappeltour durch alle Fälle komme ich summa summarum auf 2461 verschiedene Zerlegungen der 14 Socken in 7 Tagespaare.

Zum Vergleich: Wären es 14 jeweils voneinander unterscheidbare Einzelsocken zur Auswahl, dann wäre die Zerlegungsanzahl gleich 14!277!=135135 gewesen.


oeis.org/A002135
Frage beantwortet
Eleria

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22:18 Uhr, 17.11.2023

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Wow. Herzlichen Dank. Ich weiss, ich habe zwar nur nach dem Ergebnis gefragt, mich würde der Weg trotzdem sehr interessieren. Wäre es irgendwie möglich, ihn hier hochzuladen?
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HAL9000

HAL9000

22:35 Uhr, 17.11.2023

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Oh, das ist mir heute zu stressig zu erklären, weil es enthält sehr viele Details. Schau dir den OEIS-Link an, die haben es zwar anders gemacht als ich, aber vielleicht ist irgendeine Erklärung davon passend für dich.
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Eleria

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23:10 Uhr, 17.11.2023

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Absolut kein Problem, nochmals vielen Dank!
Frage beantwortet
Eleria

Eleria aktiv_icon

09:07 Uhr, 19.11.2023

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Die angehängten Fotos sind mein Versuch. Bist du auch so vorgegangen? Oder gibt es einen schnelleren und einfacheren Weg? Liebe Grüsse Kim

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HAL9000

HAL9000

14:22 Uhr, 19.11.2023

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Dein Zugang ist wohl auf der OEIS-Seite angeführt, aber meine Vorgehensweise war völlig anders:


Ich habe alle 7!=5040 Permutationen nach ihrer Zerlegung in Zykelschreibweise typisiert.

A) kein Zykel der Länge 3:
7×1: 1
5×1,1×2: 21
3×1,2×2: 105
1×1,3×2: 105
B) genau ein Zykel der Länge 3:
4×1,1×3: 70
3×1,1×4: 210
2×1,1×5: 504
1×1,1×6: 840
1×7: 720
2×1,1×2,1×3: 420
1×1,1×2,1×4: 630
1×2,1×5: 504
2×2,1×3: 210
C) genau zwei Zykel der Länge 3:
1×1,2×3: 280
1×3,1×4: 420

Summa summarum ergibt sich in diesen Fällen folgende Permutationsanzahlen
A) 232
B) 4108
C) 700
insgesamt natürlich 232+4108+700=5040.

Warum gerade diese Typisierung? Nun, jede Permutation aus A) entspricht einer Sockenverteilung, während bei B) jeweils zwei Permutationen einer Sockenverteilung entsprechen (indem man das eine Zykel der Länge 3 in der Reihenfolge umkehrt!). Bei C) entsprechen dann schon vier Permutationen einer Sockenverteilung (beide Zykel können - getrennt voneinander - jeweils in der Reihenfolge umgekehrt werden).

Das ergibt dann 232+41082+7004=2461 Sockenverteilungen.

Wie du siehst, auch kein angenehm kurzer Weg, wobei ich nicht mal im Detail eingegangen bin, wie man in den Einzelfällen von A)B)C) die Permutationsanzahlen dort berechnet - ist nicht schwer, aber doch viel Klein-Klein.

Wenn man geschickt vorgeht, kann man sich die vielen Fälle B) allerdings auch sparen, und die Anzahl 4108=5040-232-700 durch Differenzbetrachtung aus den einfacher ermittelbaren Anzahlen von A),C) ermitteln. Dennoch ist es natürlich eine gute Kontrolle, wenn man B) doch so ausführlich wie ich oben durchrechnet. ;-)



P.S.: Auf der OEIS-Seite steht eine interessante Iterationsformel für die Anzahl an bei insgesamt n Sockenpaaren:

an=nan-1-(n-1)(n-2)2an-3 für n3

mit den Startwerten a0=1,a1=1,a2=2. Ich habe bisher nicht darüber nachgedacht, wie die zustande gekommen ist, d.h., wie man die begründen kann. Aber wenn man das hinkriegt, wäre das sicher schon mal ein eleganterer Weg als die obige mühsame Vorgehensweise, und auch dein Weg war ja nicht gerade schmerzfrei.