Mathematik

Das Faktorielle (!) In Mathematik und Statistik

In der Mathematik können Symbole, die in der englischen Sprache bestimmte Bedeutungen haben , sehr spezielle und unterschiedliche Bedeutungen haben. Betrachten Sie beispielsweise den folgenden Ausdruck:

3!

Nein, wir haben das Ausrufezeichen nicht verwendet, um zu zeigen, dass wir über drei aufgeregt sind, und wir sollten den letzten Satz nicht mit Nachdruck lesen. In der Mathematik ist der Ausdruck 3! wird als „drei Fakultäten“ gelesen und ist wirklich eine Kurzform, um die Multiplikation mehrerer aufeinanderfolgender ganzer Zahlen zu bezeichnen.

Da es in Mathematik und Statistik viele Stellen gibt, an denen wir Zahlen miteinander multiplizieren müssen, ist die Fakultät sehr nützlich. Einige der wichtigsten Orte , an denen es zeigt sich sind Kombinatorik und Wahrscheinlichkeitskalkül .

 

Definition

Die Definition der Fakultät lautet, dass für jede positive ganze Zahl n die Fakultät gilt:

n !=nx (n – 1) x (n – 2) x. . . x 2 x 1

 

Beispiele für kleine Werte

Zuerst werden wir einige Beispiele der Fakultät mit kleinen Werten von n betrachten :

  • 1!=1
  • 2!=2 x 1=2
  • 3!=3 x 2 x 1=6
  • 4!=4 x 3 x 2 x 1=24
  • 5!=5 x 4 x 3 x 2 x 1=120
  • 6!=6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1=720
  • 7!=7 x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1=5040
  • 8!=8 x 7 x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1=40320
  • 9!=9 x 8 x 7 x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1=362880
  • 10!=10 x 9 x 8 x 7 x 6 x 5 x 4 x 3 x 2 x 1=3628800

Wie wir sehen können, wird die Fakultät sehr schnell sehr groß. Etwas, das klein erscheinen mag, wie 20! hat tatsächlich 19 Ziffern.

Fakultäten sind leicht zu berechnen, aber ihre Berechnung kann etwas mühsam sein. Glücklicherweise haben viele Taschenrechner einen Fakultätsschlüssel (achten Sie auf das Symbol!). Diese Funktion des Rechners automatisiert die Multiplikationen.

 

Ein Sonderfall

Ein anderer Wert der Fakultät und einer, für den die obige Standarddefinition nicht gilt, ist der der Fakultät Null. Wenn wir der Formel folgen, würden wir keinen Wert für 0! Erhalten. Es gibt keine positiven ganzen Zahlen unter 0. Aus mehreren Gründen ist es angebracht, 0 zu definieren!=1. Die Fakultät für diesen Wert zeigt sich insbesondere in den Formeln für Kombinationen und Permutationen .

 

Erweiterte Berechnungen

Beim Umgang mit Berechnungen ist es wichtig zu überlegen, bevor wir die Fakultätstaste auf unserem Rechner drücken. So berechnen Sie einen Ausdruck wie 100! / 98! Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun.

Eine Möglichkeit besteht darin, einen Taschenrechner zu verwenden, um beide 100 zu finden! und 98!, dann teile eins durch das andere. Obwohl dies eine direkte Methode zur Berechnung ist, sind damit einige Schwierigkeiten verbunden. Einige Taschenrechner können keine Ausdrücke mit einer Größe von bis zu 100 verarbeiten!=9,33262154 x 10 157 . (Der Ausdruck 10 157 ist eine wissenschaftliche Notation, die bedeutet, dass wir mit 1 multiplizieren, gefolgt von 157 Nullen.) Diese Zahl ist nicht nur massiv, sondern auch nur eine Schätzung des realen Werts von 100!

Eine andere Möglichkeit, einen Ausdruck mit Fakultäten wie der hier gezeigten zu vereinfachen, erfordert überhaupt keinen Taschenrechner. Der Weg, um dieses Problem anzugehen, besteht darin, zu erkennen, dass wir 100 umschreiben können! nicht so 100 x 99 x 98 x 97 x. . . x 2 x 1, aber stattdessen als 100 x 99 x 98! Der Ausdruck 100! / 98! wird jetzt (100 x 99 x 98!) / 98!=100 x 99=9900.

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