組合せの数(全単射を数え分ける)
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1 補集合と制限
\(k+m\) 個の集合から \(k\) 個の部分集合を除くと \(m\) 個。
全単射 \(f\) を部分 \(K\) に制限すると、\(K\) からその像への全単射。
全単射なら、補集合の像は像の補集合。
全単射 \(f\) は、\(K\) の上の部分と \(X \setminus K\) の上の部分に分かれる。
逆に、\(K \to A\) と \(X \setminus K \to Y \setminus A\) の全単射をつなぐと、\(K\) の像が \(A\) の全単射。
\(K\) の像が \(A\) の全単射 \(f\) は、\(f\) を \(K\) と \(X \setminus K\) に制限した組と1対1に対応する。
2 階乗の式
\(D = K \cup M\)(\(K\) は \(k\) 個・\(M\) は \(m\) 個)の全単射 \(f\) を、\(K\) の像 \(f[K]\)(\(D\) の \(k\) 元部分集合)で分ける。どの像 \(A\) についても、そうなる \(f\) は \(K \to A\) と \(M \to D \setminus A\) の全単射の組と1対1なので \(k! \cdot m!\) 個。よって \((k+m)! = {}_{k+m}\mathrm{C}_{k} \cdot k! \cdot m!\)。
\(k , m \in \mathbb{M} \Longrightarrow ( ( k + m ) \mathrm{C} k ) \cdot ( k ! \cdot m ! ) = ( k + m ) !\) \(\blacktriangleleft\) \(\mathbb{W}.\) ,ax_s ,Ax1 ,Ax+ ,Ax⋅ ,AxC ,Ax!