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Multiconjunto

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Emmatemática, ummulticonjunto (ou aindamultiset oumset) é uma modificação do conceito de umconjunto que, diferentemente de um conjunto,[1] permite várias instâncias para cada um de seuselementos. O número de instâncias fornecidas para cada elemento é chamado demultiplicidade.

Acardinalidade ou "tamanho" de um multiconjunto é a soma das multiplicidades de todos os seus elementos. Por exemplo, no multiset{a,a,b,b,b,c} as multiplicidades dos membrosa,b ec são respectivamente 2, 3 e 1 e, portanto, a cardinalidade desse multiset é 6.

Definição formal

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Ummulticonjunto é definido como um par(A,m){\displaystyle (A,m)}, ondeA{\displaystyle A} é um conjunto qualquer, em:AN{\displaystyle m:A\rightarrow \mathbb {N} } afunção que associa a cada elemento deA umnúmero natural, onde consideramos a definição de números naturais que não contêm o zero, ou sejaN={1,2,3,...}{\displaystyle \mathbb {N} =\{1,2,3,...\}}.

Amultiplicidade de um elementoa é denotada porm(a){\displaystyle m(a)}.

Representamos um multiconjunto com a mesma notação que usamos para conjuntos, mas citamosm(i){\displaystyle m(i)} vezes um elemento i do multiconjunto.

Por exemplo, o multiconjunto M com o par (A, m), tal queA={a,b,c,d,e}{\displaystyle A=\{a,b,c,d,e\}} e m(a)=1, m(b)=1, m(c)=2, m(d)=1, m(e)=2, é representado porM={a,b,c,c,d,e,e}{\displaystyle M=\{a,b,c,c,d,e,e\}}, melhor < a,b,c,c,d,e,e> . A ordem dos elementos, assim como nos conjuntos, não importa.

Como os multiconjuntos são uma generalização de conjuntos, um multiconjunto B é um conjunto quandom(i)=1{\displaystyle m(i)=1} para todoiB{\displaystyle i\in B}.

Exemplos

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Multiconjuntos aparecem naturalmente em vários contextos:

  • Nafatoração: a forma natural de se expressar a fatoração de umnúmero natural ou umpolinômio é através de multiconjuntos. Por exemplo, os fatores primos de 12 são {2, 2, 3}, e os fatores primos de 18 são {2, 3, 3}.
  • A solução de uma equação polinomial é um multiconjunto, já que é importante indicar a multiplicidade de cada raiz.

Cardinalidade de um multiconjunto

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Acardinalidade de um multiconjuntoM=(A,m){\displaystyle M=(A,m)} é definida como:

iAm(i){\displaystyle \sum _{i\in A}m(i)} .

Seleção com repetição

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Emanálise combinatória, ummulticonjunto é o resultado de uma seleção com repetição, em que a ordem não é importante. O número de multiconjuntos de cardinalidadek, a partir den elementos, pode ser representado por((nk)){\displaystyle \textstyle \left(\!\!{n \choose k}\!\!\right)},[2] uma notação parecida a usada para os coeficientes binomiais,(nk){\displaystyle \textstyle {n \choose k}}.

Este número é dado pela fórmula seguinte[3][4]:

((nk))=n+k1Ck=(n+k1k)=(n+k1)!k!(n1)!=(n+k1n1){\displaystyle \left(\!\!{n \choose k}\!\!\right)=^{n+k-1}C_{k}={n+k-1 \choose k}={\frac {(n+k-1)!}{k!(n-1)!}}={n+k-1 \choose n-1}}
Exemplos

1-Quantos tipos de dominós existem com números de 0 a 7?
É só selecionar dois dos 8 números possíveis. Neste caso os espaços nos dominós são iguais.

((82))=(8+212)=(8+21)!2!(81)!=9!2!(7)!=36{\displaystyle \left(\!\!{8 \choose 2}\!\!\right)={8+2-1 \choose 2}={\frac {(8+2-1)!}{2!(8-1)!}}={\frac {9!}{2!(7)!}}=36}

2-De quantas formas podemos distribuir 18 bolas iguais em 4 caixas diferentes?
Podemos considerar a seqüência seguinte:

{\displaystyle \bullet \bullet \bullet \bullet \bullet \bullet \mid \bullet \bullet \mid \bullet \bullet \bullet \mid \bullet \bullet \bullet \bullet \bullet \bullet \bullet }

Que é o mesmo que achar o número de soluções para a equação:

X4+X3+X2+X1=18{\displaystyle X4+X3+X2+X1=18},Xi={\displaystyle Xi=}número de bolas da i-ésima caixa

Equivale a escolher 18 caixas entre 4, já que pode repetir. Então

((418))=(18+4118)=(21)!18!(2118))!=(21)!3!(18)!=1330{\displaystyle \left(\!\!{4 \choose 18}\!\!\right)={18+4-1 \choose 18}={\frac {(21)!}{18!(21-18))!}}={\frac {(21)!}{3!(18)!}}=1330}

Você também pode utilizar a técnica dos *'s (asteriscos) e | (palitos), sendo neste caso:X4+X3+X2+X1=18{\displaystyle X4+X3+X2+X1=18} :18 asteriscos e 3 palitos:Assim, temos a combinação direta de asteriscos e palitos::(+|)!!|!=1330{\displaystyle {\frac {(*+|)!}{*!|!}}=1330}

Outra forma de resolver esse problema é observando a figura acima. Há 18 bolas e 3 barras verticais indicando quatro caixas, cada uma em uma posição. Podemos permutar os termos que no total são 18+4-1 (18 bolas e 3 barras) e descontar as repetições já que as bolas são iguais e as barras também. Fazendopermutação de elementos iguais.

(21)!3!(18)!=1330{\displaystyle {\frac {(21)!}{3!(18)!}}=1330}

3-De quantos modos podemos comprar 3 sorvetes onde há 6 sabores distintos disponíveis?
A Combinação Simples nos daria6C3=20{\displaystyle ^{6}C_{3}=20} maneiras, contudo levaria em conta apenas os sorvetes de sabores distintos! A resposta correta será a Combinação por Repetição:

((63))=(6+313)=(83)=56{\displaystyle \left(\!\!{6 \choose 3}\!\!\right)={6+3-1 \choose 3}={8 \choose 3}=56} maneiras.

Ver também

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Referências

  1. Cantor, Georg; Jourdain, ((Philip E.B. (Translator))) (1895).«beiträge zur begründung der transfiniten Mengenlehre» [contributions to the founding of the theory of transfinite numbers]. New York Dover Publications (1954 English translation).Mathematische Annalen (em alemão). xlvi;xlix: 481–512;207–246.Cópia arquivada em 10 de junho de 2011.By a set (Menge) we are to understand any collection into a whole (Zusammenfassung zu einem Gansen) M of definite andseparate objects m (p.85) 
  2. Stanley, Richard P.Enumerative Combinatorics. (1997, 1999) Vols. 1 and 2 ed. [S.l.]: Cambridge University Press.ISBN 0-521-55309-1, 0-521-56069-1 Verifique|isbn= (ajuda) 
  3. Weisstein, Eric W.«Multichoose». MathWorld -- A Wolfram Web Resource. Consultado em 20 de novembro de 2014 
  4. Weisstein, Eric W.«Multinomial Coefficient». MathWorld -- A Wolfram Web Resource. Consultado em 20 de novembro de 2014 
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