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第二节 全排列及其逆序数.doc
第二节 全排列及其逆序数
从上节的例子我们知道,对角线法则只适用于
二阶与三阶行列式,对四阶和四阶以上的行列式
就不适用了.
怎样计算四阶和四阶以上的行列式呢?
我们先从二阶与三阶行列式的计算中找一找规律
先看二阶行列式
二阶行列式一共有两项,每一项均由不同行不同列的元素组成。其组成的规律是
如果行标都取自然数1,2;列标只能取1,2
或2,1。所以二阶行列式中有两项 , 。
再看三阶行列式
三阶行列式一共有6项,每一项均由不同行不同列
的元素组成。其组成的规律是
如果行标都取自然数1,2,3;列标只能取1,2,3;
2,3,1;3,1,2;3,2,1;2,1,3;1,3,2。
所以三阶行列式中有6项
通过上述分析,我们知道了二阶行列式和三阶行列式
项的组成方法。既和排列有关。
一、全排列
二阶行列式和三阶行列式项的组成方法
1)行标取自然排列时,列标分别取全排列.
2)项的个数就是全排列的个数。
另外,我们还发现无论二阶行列式还是三阶行列式,均有一些项的前面取“+”,一些项的前面取“-”。怎样确定那些项的前面取“+”,
那些项的前面取“-”呢?我们发现和排列的顺序有关。
定义3
把n个不同的自然数按一定次序排成一列,称为一个n元排列.记为{p1,…,pn}。
例如{1,2,3}是一个三元排列,
{2,3,1}也是一个三元排列。
排列{1,2,…,n}称为n元自然排列
n个不同的自然数的所有排列,称为n元全排列, n元全排列的个数通常用Pn表示.
二阶行列式和三阶行列式项的组成方法
1)行标取自然排列时,列标分别取全排列
2)项的个数就是全排列的个数。
另外,我们还发现无论二阶行列式还是三阶行列式,均有一些项的前面取“+”,一些项的前面取“-”。怎样确定那些项的前面取“+”,
那些项的前面取“-”呢?我们发现和排列的顺序有关
排列的逆序数
我们规定各元素之间有一个标准次序, n 个不同的自然数,
规定由小到大为标准次序.
定义4
在一个n元排列中,若一个大的数排在一个小的数的前面,则称这个排列有一个逆序。
定义 5 一个n元排列{p1,…,pn}中所有逆序的总数称为此排列的逆序数,记为
计算排列逆序数的方法
分别计算出排列中每个元素前面比它大的数码
个数之和,即算出排列中每个元素的逆序数,
这每个元素的逆序数之总和即为所求排列的逆序数.
例4 求排列{3,2,5,1,4}的逆序数
解
在排列{3,2,5,1,4}中
排在首位,逆序数为0;
2的前面比2大的数只有一个3,故逆序数为1;
5的前面没有比5大的数,其逆序数为0;
1的前面比1大的数有3个,故逆序数为3;
4的前面比4大的数有1个,故逆序数为1;
3 2 5 1 4
于是排列的逆序数为
例5 计算下列排列的逆序数,并讨论它们的奇偶性.
解
逆序数的性质
排列的奇偶性
逆序数为奇数的排列称为奇排列
逆序数为偶数的排列称为偶排列
定义5
将一个排列中的某两个数的位置互换而其余的数不动,这样得到一个新的排列.这种变换称为对排列作一次对换,将相邻的两个数对换称为相邻对换.
定理1
对排列进行一次对换将改变其奇偶性.
证:首先证明对排列进行一次相邻的对换将改变其奇偶性
设原排列为{a1,…,an,a,b,b1,…,bm}
将a,b对换后所得新排列为{a1,…,an,b,a,b1,…,bm}
由于在新排列中a1,…,an,b1,…,bm的位置没有改变,
所以它们的逆序数没有改变。只有a,b的位置改变了。
因此对排列进行一次相邻的对换将改变其奇偶性。
再证一般情况
由定理1可得下列推论
推论1
将奇排列变成自然排列所需的对换次数为奇数, 将偶排列变成自然排列所需的对换次数为偶数.
证:因为自然排列的逆序数为零,所以是偶排列。
如果原排列是奇排列,变成偶排列需要的对换次数为奇数,
所以奇排列变成自然排列所需的对换次数为奇数。
同理可证偶排列的情况。证毕
推论2 在全体n元排列(n1)中,奇排列和偶排列各占一半.
证:设在全体n元排列(n1)中,奇排列一共有s个,偶排列一共有t个.
将每个奇排列的前面两个数字对换,可得到s个偶排列,所以s≤t。
将每个偶排列的前面两个数字对换,可得到t个偶排列,所以t≤s。
因此s=t,奇排列和偶排列各占一半.证毕
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