maths.free › Combinatorics & Graph Theory › Inclusion-Exclusion › The Inclusion-Exclusion Formula

The Inclusion-Exclusion Formula

Now that we have an understanding of what we mean by a property, let's see how we can use this concept to generalize the process we used in the first two examples of the previous section.

The Inclusion-Exclusion Formula

Now that we have an understanding of what we mean by a property, let's see how we can use this concept to generalize the process we used in the first two examples of the previous section.

Let \(X\) be a set and let \(\mathcal{P}=\{P_1,P_2,\dots,P_m\}\) be a family of properties. Then for each subset \(S\subseteq [m]\), let \(N(S)\) denote the number of elements of \(X\) which satisfy property \(P_i\) for all \(i\in S\). Note that if \(S=\emptyset\), then \(N(S)=|X|\), as every element of \(X\) satisfies every property in \(S\) (which contains no actual properties).

Returning for a moment to with \(P_1\) being is a computer science major and \(P_2\) being is male, we note that \(N(\{1\})=47\), since there are \(47\) computer science majors in the class. Also, \(N(\{2\})=51\) since \(51\) of the students are male. Finally, \(N(\{1,2\})=45\) since there are \(45\) male computer science majors in the class.

In the examples of the previous section, we subtracted off \(N(S)\) for the sets \(S\) of size \(1\) and then added back \(N(S)\) for the set of properties of size \(2\), since we'd subtracted the number of things with both properties (male computer science majors or solutions with both \(x_3>7\) and \(x_4'>8\)) twice. Symbolically, we determined that the number of objects satisfying none of the properties was \[\begin{aligned}\end{aligned}\]

Suppose that we had three properties \(P_1,P_2\), and \(P_3\). How would we count the number of objects satisfying none of the properties? As before, we start by subtracting for each of \(P_1\), \(P_2\), and \(P_3\). Now we have removed the objects satisfying both \(P_1\) and \(P_2\) twice, so we must add back \(N(\{1,2\})\). similarly, we must do this for the objects satisfying both \(P_2\) and \(P_3\) and both \(P_1\) and \(P_3\). Now let's think about the objects satisfying all three properties. They're counted in \(N(\emptyset)\), eliminated three times by the \(N(\{i\})\) terms, and added back three times by the \(N(\{i,j\})\) terms. Thus, they're still being counted! Thus, we must yet subtract \(N(\{1,2,3\})\) to get the desired number: \[\begin{aligned}\end{aligned}\] We can generalize this as the following theorem:

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.

Luyện tập (1)

Đầu tiên thử mỗi câu trên giấy. Cho thấy câu trả lời để kiểm tra; những câu trả lời đã kiểm tra có thể mở trong trình giải cho mỗi bước.

  1. How many terms are there in the sum of if \(m=10\)? Explain your reasoning.

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