中学や高校の数学で習う『確率』の問題ですが、その中で『順列』と『組み合わせ』が苦手で違いからしてあまりよくわからなかったという人もいると思います。
順列と組み合わせの違い
『順列(permutation)』と『組み合わせ(combination)』を数学的な定義からすると次のようになります。
『順列(permutation)』とは、異なるn個のものからr個選んで「一列に並べる」場合の数になります。
例えば、5人の人がいて、その5人のうち3人が1列に並ぶ並び方は何通りかといった場合に、順列によって計算することになります。
計算方法は、5×4×3=60通りになります。
3人並ぶのに1人目は5人いるので5通り考えられます。
2人目に並ぶことができるのは、既に1人目に1人並んでいるので、5人から1人引いた4人、つまり4通り考えられます。
同様に3人目に並ぶことができるのは、3人、つまり3通り考えられます。
これらをかけて、60通りということになります。
『組み合わせ(combination)』とは、異なるn個のものからr個選ぶ「選び方」になります。
つまり、順列とは違い順番は無視されます。
A・B・C・D・Eの5人のうち、3人が1列に並ぶとき、その3人の組み合わせが『組み合わせ』になります。
例えば、5人のうち1列に並んだ3人がA・B・Cとすると、『組み合わせ』ではA・B・Cで1つですが、『順列』では順番も考慮されるので、
「A・B・C」、「A・C・B」、「B・A・C」、「B・C・A」、「C・A・B」、「C・B・A」の6通りになります。
計算方法は、(5×4×3)/(3×2×1)=10通りになります。
3つのサイコロの出目の合計が9になる場合と10になる場合
ギャンブルで、3つのサイコロを投げた場合、3つのサイコロの出目の合計が9になる場合と10になる場合のどちらに賭けた方が勝てる確率が高いのでしょうか。
もちろんサイコロの各出目が出る確率は均等に1/6だとします。
直感的に合計が10にかけたほうが勝てそうな気がしますが、冷静に確率を計算すれば同じということがわかります。
合計が9になる組み合わせは、(1・2・6)、(1・3・5)、(1・4・4)、(2・5・5)、(2・3・4)、(3・3・3)の6通りになります。
一方合計が10になる組み合わせは、(1・3・6)、(1・4・5)、(2・2・6)、(2・3・5)、(2・4・4)、(3・3・4)の6通りになります。
つまり、確率的には同じになるのです。
わかりやすくサイコロ2つで考えてみる
もっとわかりやすく、2つのサイコロを投げた場合の、2つのサイコロの出目の合計が2になる場合と3になる場合を比較してみましょう。
合計が2になるのは、(1・1)の1通りになります。
組み合わせでは1通り、順列で考えても1通りです。
一方合計が3になるのは、(1・2)と(2・1)の2通りになります。
組み合わせで考えると1通り、でも順列で考えると2通りです。
こうしたサイコロの出目の合計で考える場合、組み合わせではなく順列で考える必要があるのです。