maths.free › Combinatorics & Graph Theory › Inclusion-Exclusion › Enumerating Surjections

Enumerating Surjections

As our first example of the power of inclusion-exclusion, consider the following situation: A grandfather has 15 distinct lottery tickets and wants to distribute them to his four grandchildren so that each child gets at…

Enumerating Surjections

As our first example of the power of inclusion-exclusion, consider the following situation: A grandfather has \(15\) distinct lottery tickets and wants to distribute them to his four grandchildren so that each child gets at least one ticket. In how many ways can he make such a distribution? At first, this looks a lot like the problem of enumerating integer solutions of equations, except here the lottery tickets are not identical! A ticket bearing the numbers \(1\), \(3\), \(10\), \(23\), \(47\), and \(50\) will almost surely not pay out the same amount as one with the numbers \(2\), \(7\), \(10\), \(30\), \(31\), and \(48\), so who gets which ticket really makes a difference. Hopefully, you have already recognized that the fact that we're dealing with lottery tickets and grandchildren isn't so important here. Rather, the important fact is that we want to distribute distinguishable objects to distinct entities, which calls for counting functions from one set (lottery tickets) to another (grandchildren). In our example, we don't simply want the total number of functions, but instead we want the number of surjections, so that we can ensure that every grandchild gets a ticket.

For positive integers \(n\) and \(m\), let \(S(n,m)\) denote the number of surjections from \([n]\) to \([m]\). Note that \(S(n,m)=0\) when \(n\lt m\). In this section, we apply the Inclusion-Exclusion formula to determine a formula for \(S(n,m)\). We start by setting \(X\) to be the set of all functions from \([n]\) to \([m]\). Then for each \(f\in X\) and each \(i=1,2,\dots,m\), we say that \(f\) satisfies property \(P_i\) if \(i\) is not in the image of \(f\).

Now the following result follows immediately from this lemma by applying the , as there are \(C(m,k)\) \(k\)-element subsets of \([m]\).

For example, \[\begin{aligned}S(5,3) \amp = \binom{3}{0}(3-0)^5-\binom{3}{1}(3-1)^5+\binom{3}{2}(3-2)^5-\binom{3}{3}(3-3)^5 \\ \amp = 243 -96+3-0 \\ \amp = 150.\end{aligned}\]

Condensed: the full section is in Keller & Trotter, Applied Combinatorics.

Now you Không máy tính nào có thể tính toán được nó, nhưng các mảnh của nó có thể tính toán được. Thử một trong những cách dưới đây, hoặc gõ theo ý bạn.

Để cho anh làm việc

Một tài khoản miễn phí thêm ghi chú vào mỗi bài học, ghi chép những gì bạn đã hoàn thành, các bài toán bạn giải quyết ở một nơi, và một giáo viên bạn có thể hỏi về trang này. Toán học là mở cho mọi người, dù có đăng nhập hay không.

Đăng ký Đăng nhập

Ký hiệu được dùng ở đây

Nhấn vào bất kỳ ký hiệu nào để xem định nghĩa đầy đủ, một bức ảnh, và ý nghĩa của từng chữ cái trong nó.

Câu hỏi người ta hỏi

Permutation or combination?

Ask whether order matters. A lock code is a permutation (order matters); a hand of cards is a combination (it does not).

What is a graph in this sense?

Dots (vertices) joined by lines (edges), not a plot. Road maps, social networks and molecules are graphs; questions like "is there a route" and "how few colours" are graph theory.

Một số phần của trang này được chuyển từ Keller & Trotter, Applied Combinatorics (CC BY-SA 4.0). Được nén lại và giải thích lại ở đây; lỗi là của chúng tôi.

More in Combinatorics & Graph Theory