部屋割りの数$room(m,r)$の計算

一般の部屋割りの数 $room(m,r)$ は,包含と排除の原理の一般形を用いて,次のように計算できる.

\begin{align} &room(m,~r)\\ =\ &n(U)-n(A_1{\cup}A_2{\cup}A_3{\cup}\cdots{\cup}A_r)\\ =\ &n(U)-\Big\{\sum_{i_1}^{r,~1}n(A_{i_1})-\sum_{i_1,~i_2}^{r,~2}n(A_{i_1}\cap{}A_{i_2})\\ &+\sum_{i_1,~i_2,~i_3}^{r,~3}n(A_{i_1}\cap{}A_{i_2}\cap{}A_{i_3})-\cdots\\ &+(-1)^{r-1}\sum_{i_1,i_2,\cdots,i_r}^{r,~r}{n(A_{i_1}{\cap}A_{i_2}{\cap}\cdots{\cap}A_{i_r})}\Big\}\\ =\ &n(U)-\sum_{i_1}^{r,~1}n(A_{i_1})+\sum_{i_1,~i_2}^{r,~2}n(A_{i_1}\cap{}A_{i_2})\\ &-\sum_{i_1,~i_2,~i_3}^{r,~3}n(A_{i_1}\cap{}A_{i_2}\cap{}A_{i_3})+\cdots\\ &-(-1)^{r-1}\sum_{i_1,i_2,\cdots,i_r}^{r,~r}{n(A_{i_1}{\cap}A_{i_2}{\cap}\cdots{\cap}A_{i_r})}\\ =\ &r^m-_{r}\mathrm{C}_{1}(r-1)^m+_{r}\mathrm{C}_{2}(r-2)^m\\ &-_{r}\mathrm{C}_{3}(r-3)^m+\cdots+(-1)^r{_{r}\mathrm{C}_{r}}(r-r)^m\\ =\ &\sum_{k=0}^{r}(-1)^k{_{r}\mathrm{C}_{k}}(r-k)^m \end{align}

まとめておこう

部屋割りの数 $room(n,r)$ の計算

部屋割りの数 $room(n,~r)$ は

\begin{align} room(n,~r)&=\sum_{k=0}^{r}(-1)^k{_{r}\mathrm{C}_{k}}(r-k)^n\\ &=r!\sum_{k=0}^{r}\frac{(-1)^k(r-k)^n}{(r-k)!k!} \end{align}

と計算できる.

吹き出し無題

この計算式は理論的にはこう表せるということを示したものであり,記憶する必要は全くない. シグマ記号 $\sum_{}^{}$ については $FTEXT$ 数学Bを参照のこと.