Der Binomialkoeffizient

The binomial coefficient

Mathematik Klasse 12 18 Aufgaben
KombinatorikBinomialkoeffizientWahrscheinlichkeit

Wenn die Reihenfolge nicht zählt, steckt jede Auswahl k!-mal in den geordneten Ergebnissen: Die Zahl der Auswahlen von k aus n ist n · (n − 1) · … · (n − k + 1) geteilt durch k!, der Binomialkoeffizient „n über k“. Er ist symmetrisch, und gleich wahrscheinliche Auswahlen führen mit Laplace zu Wahrscheinlichkeiten wie 1/13 983 816 beim Lotto. Räumt aus, die Reihenfolge mitzuzählen oder mit n! : k! zu rechnen. Bereitet die Pfadanzahl in der Formel der Binomialverteilung vor.

Reihenfolge egal

Ein Trainer wählt zwei von vier Spielern aus; wen er zuerst nennt, ist egal. Wir ziehen also zwei von vier Kugeln ohne Zurücklegen, aber die Reihenfolge zählt nicht. Von den 12 geordneten Paaren gehören je zwei zur selben Auswahl: und . Es bleiben ungeordnete Auswahlen.

Allgemein lassen sich Kugeln auf Arten anordnen. Jede Auswahl steckt daher -mal in den geordneten Ergebnissen, und man teilt durch .

Schalte „Reihenfolge zählt“ aus. Welche Paare verschwinden, und welche bleiben als Auswahl übrig?

Der Binomialkoeffizient

Die Zahl der ungeordneten Auswahlen von aus heißt Binomialkoeffizient, gelesen „ über “. In Aufgabentexten steht dafür auch C(n, k):

Wer Kugeln auswählt, lässt liegen, darum gilt : In den Säulen sind die Säule k und ihr Partner 5 − k gleich hoch. Zwei Randfälle: , denn nichts oder alles auszuwählen geht nur auf eine Art. Im Zähler stehen genau Faktoren, bei also und nicht alle Zahlen bis 1. Sind alle Auswahlen gleich wahrscheinlich, teilt man die Zahl der günstigen durch : Dass von vier Kugeln genau die Kugeln 1 und 2 gezogen werden, hat die Wahrscheinlichkeit .

Wähle k. Welche zweite Säule ist immer genauso hoch wie die gewählte?
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Beim Lotto „6 aus 49“ spielt die Reihenfolge der gezogenen Zahlen keine Rolle. Welche Rechnung zählt die möglichen Tipps?

  • ● (49 · 48 · 47 · 46 · 45 · 44) : 6!
  • ○ 49 · 48 · 47 · 46 · 45 · 44
  • ○ 49⁶
Die Zahlen werden nicht zurückgelegt, aber ihre Reihenfolge zählt nicht: Jede Auswahl kommt in den 49 · 48 · 47 · 46 · 45 · 44 geordneten Ergebnissen 6! = 720-mal vor. Man teilt also durch 6!. 49⁶ zählt Züge mit Zurücklegen.
Wahr / Falsch #2 15s ▶ Testen

Aus den Kugeln A, B, C, D werden ohne Zurücklegen zwei gezogen. Die ungeordneten Auswahlen {A, B} und {B, A} sind verschieden.

✓ Falsch
Bei einer ungeordneten Auswahl kommt es nur darauf an, welche Kugeln gezogen werden, nicht in welcher Reihenfolge: {A, B} und {B, A} sind dieselbe Auswahl.
Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

Jeder Punkt (i | j) ist ein geordnetes Paar aus vier Kugeln (i = erste, j = zweite Kugel), ohne Zurücklegen. Wie viele ungeordnete Auswahlen von zwei Kugeln gibt es?

  • ● 6
  • ○ 12
  • ○ 24
Die 12 geordneten Paare bilden Zweiergruppen: (1, 2) und (2, 1) gehören zur selben Auswahl. 12 : 2! = 6 ungeordnete Auswahlen. Die 12 zählt die Reihenfolge mit, die 24 wäre 12 · 2.
Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Welchen Wert hat C(6, 2), gelesen „6 über 2“?

  • ● 15
  • ○ 30
  • ○ 12
C(6, 2) = 6 · 5 / 2! = 30 / 2 = 15. Die 30 sind die geordneten Paare, die 12 wären 6 · 2.
Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

C(8, 3) und C(8, 5) haben denselben Wert.

✓ Wahr
Wer 3 Elemente auswählt, lässt 5 zurück: Jede Auswahl von 3 entspricht genau einer Auswahl von 5. Beide sind 56.
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Das Diagramm zeigt C(6, k). Welche Säule ist genauso hoch wie die bei k = 1?

  • ● k = 5
  • ○ k = 2
  • ○ k = 3
Die Auswahl von 1 aus 6 entspricht der Auswahl der 5, die zurückbleiben: C(6, 1) = C(6, 5) = 6. Die Säulen sind symmetrisch zur Mitte k = 3.
Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

Wie groß ist beim Lotto „6 aus 49“ die Wahrscheinlichkeit für sechs Richtige mit einem Tipp?

  • ● 1 / 13 983 816
  • ○ 6 / 49
  • ○ 1 / 49⁶
Alle C(49, 6) = 13 983 816 Tipps sind gleich wahrscheinlich, genau einer ist günstig: P = 1/13 983 816. 6/49 wäre die Chance für eine einzelne Zahl im ersten Zug, 49⁶ zählte mit Zurücklegen.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Aus 5 Kugeln werden 2 ohne Zurücklegen und ohne Beachtung der Reihenfolge gezogen. Jede mögliche Auswahl hat die Wahrscheinlichkeit 1/10.

✓ Wahr
Es gibt C(5, 2) = 10 gleich wahrscheinliche Auswahlen, jede also 1/10.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Aus der Urne werden 3 Kugeln ohne Zurücklegen gezogen. Welche Rechnung zählt die Auswahlen mit genau 2 roten Kugeln?

  • ● C(4, 2) · C(6, 1)
  • ○ C(4, 2) + C(6, 1)
  • ○ C(10, 2)
Zwei rote wählt man aus den 4 roten (C(4, 2) Möglichkeiten), die dritte Kugel blau aus den 6 blauen (C(6, 1)); beide Wahlen werden kombiniert, also multipliziert: 6 · 6 = 36.
Mittel
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Aus 5 Kindern werden 3 für ein Team ausgewählt. Es gibt 5 · 4 · 3 = 60 geordnete Dreiergruppen. Wie oft wird dasselbe Team dabei gezählt (die Zahl der Reihenfolgen von 3 Kindern)?

✓ Antwort: 6
Drei Kinder lassen sich auf 3! = 3 · 2 · 1 = 6 Arten anordnen; jedes Team steckt also 6-mal in den 60 geordneten Gruppen.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Berechne C(7, 3).

✓ Antwort: 35
C(7, 3) = 7 · 6 · 5 / (3 · 2 · 1) = 210 / 6 = 35.
Lückentext #3 20s ▶ Testen

C(9, 9) = ___

✓ Antwort: 1
Aus 9 Elementen alle 9 auszuwählen geht nur auf eine Art: C(9, 9) = 1.
Zahleneingabe #4 30s ▶ Testen

Aus der Urne (4 rote, 6 blaue Kugeln) werden 3 Kugeln ohne Zurücklegen gezogen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für genau 2 rote? (Dezimalzahl)

✓ Antwort: 0.3
Günstig: C(4, 2) · C(6, 1) = 36, möglich: C(10, 3) = 120. P = 36/120 = 0,3.
Schwer
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Aus 5 Kindern werden 3 für ein Team ausgewählt, die Reihenfolge ist egal. Wie viele verschiedene Teams gibt es?

✓ Antwort: 10
5 · 4 · 3 = 60 geordnete Gruppen, jedes Team zählt 3! = 6-mal: 60 : 6 = 10 Teams.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Aus 8 Personen wird ein Ausschuss aus 3 Mitgliedern gewählt. Wie viele mögliche Ausschüsse gibt es?

✓ Antwort: 56
8 · 7 · 6 = 336 geordnete Dreiergruppen, geteilt durch 3! = 6: 56 Ausschüsse.
KI-bewertete Rechnung #3 240s ▶ Testen

Aus 10 Schülern wird ein Komitee aus 4 Personen gewählt, die Reihenfolge spielt keine Rolle. Bestimme zuerst die Zahl der geordneten Auswahlen (ohne Zurücklegen), erkläre dann, warum du durch 4! teilen musst, und gib die Zahl der Komitees an. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: Geordnet: 10 · 9 · 8 · 7 = 5040. Jedes Komitee lässt sich auf 4! = 24 Arten anordnen und steckt daher 24-mal in dieser Zahl. Komitees: 5040 : 24 = 210.
Jede Auswahl von 4 Personen entspricht 4! = 24 geordneten Auswahlen; teilt man 5040 durch 24, bleibt jede Auswahl genau einmal übrig: 210.
Zahleneingabe #4 30s ▶ Testen

Aus 12 Schülern werden 2 als Delegierte gewählt (Reihenfolge egal). Wie viele Möglichkeiten gibt es?

✓ Antwort: 66
C(12, 2) = 12 · 11 / 2 = 66.
Zahleneingabe #5 30s ▶ Testen

In einer Klasse mit 20 Schülern sind 12 Mädchen. Drei Schüler werden zufällig ausgelost. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass es drei Mädchen sind? (auf vier Dezimalen)

✓ Antwort: 0.193
Günstig: C(12, 3) = 220, möglich: C(20, 3) = 1140. P = 220/1140 ≈ 0,1930.