Zur Erinnerung: die Variation einer Gesamtzahl von m Objekten, die in Gruppen von jeweils n Objekten ausgewählt werden, wird mit der folgenden Formel berechnet:

 

\displaystyle V_{m}^{n} = \frac{m!}{(m - n)!}

 

Dabei ist m > n.

 

Gleichermaßen wird die Variation mit Wiederholung einer Gesamtmenge von m Objekten, aus denen n Objekte ausgewählt werden, anhand der folgenden Formel berechnet:

 

\displaystyle VR_{m}^{n} = m^n

 

Dabei ist m, n > 0. Es gibt keine Restriktionen.

 

Mithilfe dieser Definitionen gehen wir nun zum Aufgabenteil über.

 

Rechenbeispiele: Zahlen

 

1 Wieviele Zahlen aus jeweils drei unterschiedlichen Ziffern kann man mit den Zahlen 1, 2, 3, 4, 5 bilden?

Hier handelt es sich um eine Variation, denn:

 

1 Nicht alle Elemente sind Teil der Betrachtung. Es werden nur drei der fünf Zahlen beachtet.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es ist nicht dasselbe, die Zahlen in der Reihenfolge 123 oder 231 aufzuschreiben.

 

3 Die Elemente wiederholen sich nicht. Sobald eine Zahl für eine der drei Positionen ausgewählt wurde, ist diese nicht mehr Bestandteil für die anderen Auswahlen. Alle Ziffern müssen unterschiedlich sein.

 

Wir erhalten also Variationen von 5 Elementen, die in 3er-Gruppen ausgewählt werden, d.h. m = 5 und n = 3. Die Anzahl der verschiedenen Zahlen, die wir mit den Ziffern bilden können ist daher

 

    \begin{align*} V_{5}^{3} &= \frac{5!}{(5 - 3)!}\\&= \frac{5!}{2!}\\&= 5 \cdot 4 \cdot 3\\&= 60\end{align*}

 

2 Wieviele Zahlen aus jeweils drei unterschiedlichen Ziffern kann man mit den Zahlen 1, 2, 3, 4, 5 bilden, wenn sich die Ziffern wiederholen dürfen

Hier handelt es sich um eine Variation, denn:

 

1 Nicht alle Elemente sind Teil der Betrachtung. Es werden nur 3 aus 5 Zahlen ausgewählt.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es ist nicht dasselbe, die Zahlen in der Reihenfolge 123 oder 231 aufzuschreiben.

 

3 Die Elemente wiederholen sich. Es dürfen zum Beispiel Zahlen wie 111, 233, 414, etc. gebildet werden.

 

Wir erhalten also Variationen mit Wiederholung von 5 Elementen, die in 3er-Gruppen ausgewählt werden, d.h m = 5 y n = 3. Die Anzahl der verschiedenen Zahlen, die wir mit den Ziffern bilden können ist daher

 

    \begin{align*} VR_{5}^{3} &= 5^{3}\\&= 125\end{align*}

 

3 Wieviele Zahlen bestehend aus drei Ziffern kann man mit den Zahlen 0, 1, 2, 3, 4, 5 bilden?

Diese Aufgabe ist etwas komplexer, da die erste Zahl größer als Null sein muss, daher gibt es für die erste Ziffer 5 mögliche Elemente zur Auswahl (1, 2, 3, 4 und 5), das heißt wir erhalten Variationen von 5 Elementen, die 1er-Gruppen ausgewählt werden

 

\displaystyle V_5^1 = \frac{5!}{(5 - 1)!} = \frac{5!}{4!} = 5

 

Sobald die Ziffer für die erste Position ausgewählt wurde, bleiben noch 4 Zahlen übrig plus die Zahl 0, da diese an zweiter Position stehen darf, daher haben wir wieder 5 Möglichkeiten zur Auswahl. Für die zweite und dritte Ziffer stehen uns also 5 Zahlen zur Auswahl mit der Restriktion, dass sie sich nicht wiederholen dürfen. Daher erhalten wir Variationen von 5 Objekten insgesamt, die in 2er-Gruppen ausgewählt werden.

 

1 Nicht alle Elemente sind Teil der Betrachtung. Nur zwei aus fünf Zahlen werden betrachtet.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es ist nicht dasselbe, ob man 12 oder 21 wählt.

 

3 Die Elemente wiederholen sich nicht. Alle Ziffern müssen unterschiedlich sein.

 

Für die Berechnung der Variationen ist m = 5 und n = 2.

 

Wir erhalten unsere Lösung also, indem wir die Variationen der ersten Ziffer mit denen der zweiten und dritten Ziffer multiplizieren

 

    \begin{align*} V_{5}^{1}V_{5}^{2} &= 5 \frac{5!}{(5 - 2)!}\\&= 5 \frac{5!}{3!}\\&= 5 \cdot 5 \cdot 4\\&= 100\end{align*}

 

4 Wieviele Zahlen aus jeweils drei unterschiedlichen Ziffern kann man mit den Zahlen 0, 1, 2, 3, 4, 5, wenn sich die Ziffern wiederholen dürfen?

Wie beim vorherigen Beispiel ist diese Augabe etwas komplexer, da die erste Ziffer nicht Null sein kann. Daher gibt es 5 Optionen für die erste Ziffer und zwar 1, 2, 3, 4 und 5. Wir erhalten Variationen von 5 Elementen aus denen jeweils 1 Element ausgewählt wird

 

\displaystyle V_5^1 = \frac{5!}{(5 - 1)!} = \frac{5!}{4!} = 5

 

Sobald die erste Ziffer entschieden wurde, steht uns jede beliebige der sechs Zahlen zur Verfügung, sowohl für die zweite, als auch für die dritte und alle fortfolgenden Positionen. Die Ziffern dürfen sich außerdem wiederholen, das heißt, wir erhalten Variationen mit Wiederholungen von 6 Elementen, aus denen 2 Elemente ausgewählt werden

 

1 Nicht alle Elemente sind Teil der Betrachtung. Nur zwei aus fünf Zahlen werden betrachtet.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es ist nicht dasselbe, ob man 12 oder 21 wählt.

 

3 Die Elemente wiederholen sich.

 

Für diese Variationen mit Wiederholung gilt m = 6 und n = 2.

 

Wir erhalten unsere Lösung also, indem wir die Variationen der ersten Ziffer mit den Variationen mit Wiederholung der zweiten und dritten Ziffer multiplizieren

 

    \begin{align*} V_{5}^{1}VR_{6}^{2} &= 5 \cdot 6^2\\&= 5 \cdot 36\\&= 180\end{align*}

 

5 Wieviele Zahlen aus jeweils fünf unterschiedlichen Ziffern kann man mit den Zahlen 1, 2, 3 bilden?

Es soll eine fünfstellige Zahl aus drei Ziffern gebildet werden, wobei jede Ziffer eine der fünf möglichen Positionen einnehmen kann, d.h. wir gehen davon aus, dass sich die Elemente wiederholen dürfen (wenn sie sich nicht wiederholen dürften, könnten nur drei der fünf Stellen besetzt werden und es käme keine fünfstellige Zahl zustande). Folgende Bedingungen werden erfüllt

 

1 Alle Elemente werden in die Auswahl mit einbezogen

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es ist nicht dasselbe, 121 oder 211 aufzuschreiben.

 

3 Die Elemente wiederholen sich.

 

Wie erhalten also Variationen mit Wiederholung von 3 Elementen, die 5 Elemente verteilt werden, d.h. m = 3, n = 5. Die Menge der Zahlen, die man so bilden kann wird also wie folgt bestimmt:

 

    \begin{align*} VR_{3}^{5} &= 3^5\\&= 243\end{align*}

 

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Los geht's

Rechenbeispiele: Sportarten

 

6 Wieviele Wettscheine mit einer Spalte muss man ausfüllen, um bei einem Fußball-Wettspiel 15 richtige Ergebnisse zu erhalten?

Lasst uns zuerst das Wettspiel erklären: Auf jedem Wettschein ist eine Spalte mit 15 Fußballspielen aufgelistet. Bei jedem Spiel gibt es 3 mögliche Ergebnisse: die Mannschaft, die links steht, gewinnt, die Mannschaft, die rechts steht, gewinnt, oder es gibt ein Unentschieden.. Wir erhalten also Variationen mit Wiederholungen, bei denen m = 3, n = 15 und m > n ist. Außerdem gelten folgende Bedingungen:

 

1 Alle Elemente sind Teil der Betrachtung.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es ist nicht dasselbe, ob die rechte oder die linke Mannschaft gewinnt.

 

3 Die Elemente wiederholen sich.

 

Die Zahl der Wettscheine, die man ausfüllen muss, um sich 15 Treffer zu sichern ist also:

 

    \begin{align*} VR_{3}^{15} &= 3^{15}\\&= 14348907\end{align*}

 

7 Wieviele Fußballspiele finden bei einer Liga statt, an der 4 Mannschaften teilnehmen?

Folgende Bedingungen werden erfüllt:

 

1 Alle Elemente sind Teil der Betrachtung.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Da die Mannschaft, die links steht, immer als "Gastgeber" und die Mannschaft, die rechts steht, als "Gast" verstanden wird, ist es nicht dasselbe, ob A gegen B oder B gegen A spielt.

 

3 Die Elemente wiederholen sich nicht. Ein Spiel von Mannschaft A gegen Mannschaft A kann es nicht geben.

 

Wir erhalten also Variationen mit m = 4 und n = 2. Die Spiele, die insgesamt stattfinden können, sind also:

 

    \begin{align*} V_{4}^{2} &= \frac{4!}{(4 - 2)!}\\&= \frac{4!}{2!}\\&= 4 \cdot 3\\&= 12\end{align*}

 

8 Auf wieviele verschiedene Arten können die Stellen des Präsidenten, Vizepräsidenten und Schatzmeisters eines Fußballclubs besetzt werden, wenn 12 Personen dafür kandidieren?

Folgende Bedingungen werden erfüllt:

 

1 Alle Elemente sind Teil der Betrachtung.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es macht einen Unterschied, ob Peter Präsident und Jochen Vizepräsident ist oder umgekehrt.

 

3 Die Elemente wiederholen sich nicht. Eine Person kann nicht zwei Posten gleichzeitig besetzen.

 

Wir erhalten also Variationen, bei denen m = 12 und n = 3 ist. Die Zahl der verschiedenen Arten, wie die drei Positionen besetzt werden können, erhält man also wie folgt:

 

    \begin{align*} V_{12}^{3} &= \frac{12!}{(12 - 3)!}\\&= \frac{12!}{9!}\\&= 12 \cdot 11 \cdot 10\\&= 1320\end{align*}

 

Rechenbeispiele: Gemischte Themen

 

9 10 Kandidaten haben sich mit ihren Romanen für einen Literaturwettbewerb angemeldet. Auf die Ehrenliste kommen der Sieger, der Zweit- und der Drittplatzierte. Wieviele Möglichkeiten gibt es, die Ehrenliste zu bilden?

Folgende Bedingungen werden erfüllt:

 

1 Alle Elemente sind Teil der Betrachtung.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig. Es macht einen Unterschied, ob Maria gewinnt und Teresa zweite wird oder umgekehrt.

 

3 Die Elemente wiederholen sich nicht. Eine Person kann nicht zwei der Plätze besetzen.

 

Wir erhalten also Variationen bei denen m = 10 und n = 3 ist. Es gibt also folgende Möglichkeiten, die Plätze zu besetzen:

 

    \begin{align*} V_{10}^{3} &= \frac{10!}{(10 - 3)!}\\&= \frac{10!}{7!}\\&= 10 \cdot 9 \cdot 8\\&= 720\end{align*}

 

10 Wie viele verschiedene Signale können mit den Zeichen des Morse-Systems (Punkt / Strich) mit maximal vier Tastenanschlägen gesendet werden?

Da vier Tastenschläge getätigt werden sollen, müssen wir die Möglichkeiten für jeden einzelnen Tastenschlag einzeln betrachten und alle miteinander summieren.

 

Für den ersten Tastenschlag können wir entweder Punkt oder Strich als Ergebnis erhalten.

 

Für alle darauffolgenden Tastenschläge gilt Folgendes:

 

1 Alle Elemente sind Teil der Betrachtung.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig.

 

3 Die Elemente wiederholen sich. Punkte oder Striche können direkt hintereinander oder abwechselnd erfolgen

 

Beiür zwei Tastenschlägen erhalten wir also folgende Anzahl an verschiedenen möglichen Zeichen:

 

    \begin{align*} VR_{2}^{2} &= 2^2\\&= 4\end{align*}

 

Bei drei Tastenschlägen erhalten wir folgende Anzahl an möglichen Zeichen:

 

    \begin{align*} VR_{2}^{3} &= 2^3\\&= 8\end{align*}

 

Bei vier Tastenschlägen erhalten wir folgende Anzahl an möglichen Zeichen:

 

    \begin{align*} VR_{2}^{4} &= 2^4\\&= 16\end{align*}

 

Für maximal vier Tastenschläge ist die Gesamtzahl an möglichen gesendeten Zeichen also:

 

\displaystyle 2 + VR_{2}^{2} + VR_{2}^{3} + VR_{2}^{4} = 2 + 4 + 8 + 16 = 30

 

11 Wieviele Palindromzahlen aus acht Ziffern gibt es?

Eine Palindromzahl ist eine Zahl, die vorwärts und rückwärts gelesen genau gleich ist. Sie hat also folgende Form:

 

\displaystyle abcddcba, \qquad a \neq 0

 

wobei a, b, c und d ihre Ziffern beschreiben. Bei dieser Aufgabe geht es also in Wirklichkeit darum, zu bestimmen, auf wieviele mögliche Arten Zahlen mit 4 Ziffern anhand der Zahlen von 0 bis 9 (also 10 Zahlen) geformt werden können. a muss dabei ungleich 0 sein. b, c und d können jeden beliebigen Wert annehmen und sich auch wiederholen, das heißt b darf gleich c sein.

 

Wie gehen wir die Aufgabe nun an? Im Grunde ist der Rechenweg derselbe wie in Aufgabe 4. Schau dir zuerst den Fall von aan. Für a gibt es 9 verschiedene Optionen, da 0 nicht mitgezählt werden darf.

 

Für b, c und d gibt es 10 Möglichkeiten, d.h. wir erhalten Variationen mit Wiederholung, bei denen m = 10 und n = 3 ist. Es gilt:

 

1 Alle Elemente sind Teil der Betrachtung.

 

2 Die Reihenfolge ist wichtig.

 

3 Die Elemente wiederholen sich.

 

Die unterschiedlichen Möglichkeiten für b, c und d wird also wie folgt ermittelt:

 

    \begin{align*} VR_{10}^{3} &= 10^3\\&= 1000\end{align*}

 

Um die Zahl der möglichen Palindrome aus 8 Ziffern zu erhalten, multiplizieren wir einfach die Anzahl der Möglichkeiten für die erste Ziffer mit der Zahl der Möglichkeiten für die zweite, dritte und vierte Ziffer:

 

\displaystyle 9 \cdot VR_{10}^{3} = 9 \cdot 1000 = 9000

 

Kombinationsgleichungen

 

12 Löse auf

 

\displaystyle 6 V_{x}^{3} = V_{x}^{5}

Um die Gleichung zu lösen, wenden wir die Formel für Variationen an

 

    \begin{align*} 6 V_{x}^{3} &= V_{x}^{5}\\6 \frac{x!}{(x - 3)!} &= \frac{x!}{(x - 5)!}\\6 x(x - 1)(x - 2) &= x(x - 1)(x - 2)(x - 3)(x - 4)\\6 &= (x - 3)(x - 4)\\6 &= x^2 - 7x + 12\\0 &= x^2 - 7x + 6\\0 &= (x - 1)(x - 6)\end{align*}

 

Die Lösungen sind also x = 1 und x = 6. Da m > n sein muss, muss x größer als 3 und als 5 sein, daher ist die einzig mögliche Lösung x = 6.

 

13 Löse auf

 

\displaystyle V_{x}^{4} = 20V_{x}^{2}

Um die Gleichung zu lösen, wenden wir die Formel für Variationen an

 

    \begin{align*} V_{x}^{4} &= 20V_{x}^{2}\\\frac{x!}{(x - 4)!} &= 20\frac{x!}{(x - 2)!}\\x(x - 1)(x - 2)(x - 3) &= 20 x(x - 1)\\(x - 2)(x - 3) &= 20\\x^2 - 5x + 6 &= 20\\x^2 - 5x - 14 &= 0\\(x + 2)(x - 7)&= 0\\\end{align*}

 

Die Lösungen sind also x = -2 und x = 7. Da m > n sein muss, muss x größer als 2 und als 4 sein, daher ist die einzig mögliche Lösung x = 7 (m darf außerdem nicht negativ sein).

 

14 Löse auf

 

\displaystyle 2V_{x-1}^{2} - 4= V_{x + 1}^{2}

Um die Gleichung zu lösen, wenden wir die Formel für Variationen an

 

    \begin{align*} 2V_{x-1}^{2} - 4 &= V_{x + 1}^{2}\\2\frac{(x - 1)!}{((x - 1) - 2)!} - 4 &= \frac{(x + 1)!}{((x + 1) - 2)!}\\2\frac{(x - 1)!}{(x - 3)!} - 4 &= \frac{(x + 1)!}{(x - 1)!}\\2(x - 1)(x - 2) - 4&= (x + 1)x\\2(x^2 - 3x + 2) - 4&= x^2 + x\\2x^2 - 6x + 4 - 4&= x^2 + x\\2x^2 - 6x &= x^2 + x\\x^2 - 7x &= 0\\x(x - 7) &= 0\end{align*}

 

Die Lösungen sind x = 0 und x = 7. Da m > n sein muss, muss x größer als 2 sein, daher ist die einzige Lösung x = 7 (m darf außerdem nicht gleich 0 sein).

 

15 Löse auf

 

\displaystyle VR_{x}^{2} - V_{x}^{2} = 17

Wende die Formel für Variationen und Variationen mit Wiederholungen an:

 

    \begin{align*} VR_{x}^{2} - V_{x}^{2} &= 17\\x^2 - \frac{x!}{(x- 2)!} &= 17\\x^2 - x(x-1) &= 17\\x^2 - (x^2 - x)&= 17\\x^2 - x^2 + x &= 17\\x &= 7\end{align*}

 

In diesem Fall gibt es nur eine Lösung und zwar x = 17.

 

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Melanie S

Melanie

Als begeistertes Fremdsprachentalent und Mathe-Fan bringe ich die Lernartikel von echten Mathe-Profis logisch und verständlich ins Deutsche, damit du als Mathelerner bei Superprof deine Kenntnisse verbessern und neu Gelerntes praktisch anwenden kannst.