组合数及其性质和证明

组合数

nnn 个不同元素中,任取 m(m≤n)m(m≤n)m(mn) 个元素并成一组,叫做从 nnn 个不同元素中取出 mmm 个元素的一个组合;从 nnn 个不同元素中取出 m(m≤n)m(m≤n)m(mn) 个元素的所有组合的个数,叫做从 nnn 个不同元素中取出 mmm 个元素的 组合数,记作 CnmC_n^mCnm

注意:

  1. 线性文本中的 C(n,m)C(n,m)C(n,m) 等价于本文中的 CnmC_n^mCnm
  2. 特别地,∀n>0\forall n>0n>0Cn0=1.C_n^0=1.Cn0=1.

组合数的性质

  1. (定义式)∀m,n∈N\forall m,n\in \Nm,nNCnm=n!m!(n−m)!C_n^m=\frac{n!}{m!(n-m)!}Cnm=m!(nm)!n!
  2. ∀m,n∈N∗\forall m,n\in \N^*m,nNm≠nm\neq nm̸=nCnm=Cnn−mC_n^m=C_n^{n-m}Cnm=Cnnm
    证明:定义式 易得。
  3. ∀m,n∈N∗\forall m,n\in \N^*m,nNCnm=Cn−1m−1+Cn−1mC_n^m=C_{n-1}^{m-1}+C_{n-1}^mCnm=Cn1m1+Cn1m
    证明: 右边=(n−1)!(m−1)!(n−m)!+(n−1)!m!(n−m−1)!=(n−1)!×mm!(n−m)!+(n−1)!×(n−m)m!(n−m)!=(n−1)!×(m+n−m)m!(n−m)!=n!m!(n−m)!=Cnm.\begin{aligned}右边&=\frac{(n-1)!}{(m-1)!(n-m)!}+\frac{(n-1)!}{m!(n-m-1)!}\\ &=\frac{(n-1)!\times m}{m!(n-m)!}+\frac{(n-1)!\times(n-m)}{m!(n-m)!}\\ &=\frac{(n-1)!\times(m+n-m)}{m!(n-m)!}\\ &=\frac{n!}{m!(n-m)!}\\ &=C_n^m.\end{aligned}=(m1)!(nm)!(n1)!+m!(nm1)!(n1)!=m!(nm)!(n1)!×m+m!(nm)!(n1)!×(nm)=m!(nm)!(n1)!×(m+nm)=m!(nm)!n!=Cnm.
    Q.E.D..\text{Q.E.D..}Q.E.D..

Lucas 定理

Lucas 定理 是用来求 Cnmmod  pC_n^m\mod pCnmmodpppp 是素数的值,CNmmod  p=Cnpmp×Cnmod  pmmod  pmod  pC_N^m\mod p=C_{\frac{n}p}^{\frac{m}p}\times C_{n\mod p}^{m\mod p}\mod pCNmmodp=Cpnpm×Cnmodpmmodpmodp

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