第二节 全排列及其逆序数.docVIP

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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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