科学计算排列组合与数论

排列组合与数论

科学计算键盘提供阶乘、排列、组合、最大公约数、最小公倍数和取模运算,适合计数问题与常见整数计算。

排列与组合

阶乘

阶乘键在数字或表达式后插入 !。对于非负整数 nn

n!=n×(n1)××2×1n!=n\times(n-1)\times\cdots\times2\times1

例如:

5!=1205!=120 科学计算模式输入五的阶乘并得到一百二十科学计算模式输入五的阶乘并得到一百二十

负整数阶乘没有定义,会返回定义域错误。非常大的阶乘不会始终展开成完整整数,CalculatorX 可能改用科学记数法表示其数量级。

组合数

组合数表示从 nn 个不同对象中选出 rr 个、不考虑顺序的方法数:

(nr)=n!r!(nr)!\binom{n}{r}=\frac{n!}{r!(n-r)!}

提示: 组合键的写法取决于“按键样式”设置。如果你看到的按键与本文示例不同,可以前往“组合与排列显示样式”设置,选择自己熟悉的形式。

CalculatorX 支持以下 5 种组合写法:

(nr)CnrnCrnCrC(n,r)\binom{n}{r}\qquad \mathrm{C}_{n}^{r}\qquad {}^{n}\mathrm{C}_{r}\qquad {}_{n}\mathrm{C}_{r}\qquad \mathrm{C}(n,r)

本文档统一采用第一种“国际学术规范” (nr)\binom{n}{r} 写法演示。你可以按照自己的阅读习惯选择其他样式;不同写法只改变按键与公式的显示形式,不会改变参数含义和计算结果。

计算从 1010 个对象中选出 33 个:

  1. 点击 ()\binom{\square}{\square}
  2. 在第一个输入位置填入 1010
  3. 使用方向键移动到第二个输入位置并填入 33
  4. 点击 =

结果为:

(103)=120\binom{10}{3}=120 科学计算模式计算十选三的组合数科学计算模式计算十选三的组合数

排列数

排列数考虑选出对象的先后顺序:

P(n,r)=n!(nr)!\mathrm{P}(n,r)=\frac{n!}{(n-r)!}

提示: 排列键也可以在“组合与排列显示样式”设置中单独选择写法。

CalculatorX 支持以下 5 种排列写法:

AnrPnrnPrnPrP(n,r)\mathrm{A}_{n}^{r}\qquad \mathrm{P}_{n}^{r}\qquad {}^{n}\mathrm{P}_{r}\qquad {}_{n}\mathrm{P}_{r}\qquad \mathrm{P}(n,r)

本文档统一采用第五种“平铺函数风格” P(n,r)\mathrm{P}(n,r) 写法演示。无论你在设置中选择哪一种样式,两个参数的含义、输入顺序和计算结果都保持不变。

例如:

P(10,3)=720\mathrm{P}(10,3)=720 科学计算模式计算十选三的排列数科学计算模式计算十选三的排列数

普通计数问题通常使用非负整数,并满足 0rn0\le r\le n。如果参数不符合问题定义,应先检查两个输入位置是否填反。

更改排列组合的样式

在“设置 → 按键样式”中,可以分别调整组合和排列的显示形式。可选样式包括学术式、角标式、现代或早期计算器式,以及 C(n, r)P(n, r) 平铺形式。

设置页面选择组合数和排列数的不同输入显示样式设置页面选择组合数和排列数的不同输入显示样式

样式只改变模板的写法,不改变参数含义和计算结果。

最大公约数和最小公倍数

最大公约数

最大公约数 GCD 是求和键上方的 Shift 功能。依次点击 ⇧Shift \sum,或直接长按 \sum,即可进行计算。

例如:

gcd(84,30)=6\gcd(84,30)=6 科学计算模式计算八十四和三十的最大公约数科学计算模式计算八十四和三十的最大公约数

最小公倍数

最小公倍数 LCM 是求积键上方的 Shift 功能。依次点击 ⇧Shift \prod,或直接长按 \prod,即可进行计算。

例如:

lcm(84,30)=420\operatorname{lcm}(84,30)=420 科学计算模式计算八十四和三十的最小公倍数科学计算模式计算八十四和三十的最小公倍数

含未知数的多项式

GCDLCM 不只可以处理整数,还可以直接计算含未知数的多项式表达式。例如,下面两个多项式分别可以分解为 (x1)(x+1)(x-1)(x+1)(x1)2(x-1)^2

x21x22x+1x^2-1\qquad x^2-2x+1

把它们分别填入 GCD 的两个输入位置,可以直接找出公共因式:

gcd(x21,x22x+1)=x1\gcd\left(x^2-1,\,x^2-2x+1\right)=x-1 科学计算模式计算含未知数多项式的最大公约式和最小公倍式科学计算模式计算含未知数多项式的最大公约式和最小公倍式

使用 LCM 计算同一组表达式,则可以得到同时包含两式全部因式的最小公倍式:

lcm(x21,x22x+1)=(x1)2(x+1)\operatorname{lcm}\left(x^2-1,\,x^2-2x+1\right)=(x-1)^2(x+1) 科学计算模式计算含未知数多项式的最大公约式和最小公倍式科学计算模式计算含未知数多项式的最大公约式和最小公倍式

输入时,将两个完整表达式分别放入模板的两个位置,再点击 =。这样无需先手动分解因式,就能快速找出多项式的公因式或最小公倍式。

无论计算整数还是多项式,都应完整填写两个输入位置。输入小数或不完整表达式时,可能无法得到有效结果。

取模运算

取模 mod 是绝对值键上方的 Shift 功能。它返回整数相除后的余数:

17mod5=217\bmod5=2

输入时先写被除数,再插入 mod,最后输入除数。

相关教程