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Il calcolo combinatorio è l'arte di contare in modo sistematico, senza enumerare uno per uno, quanti raggruppamenti si possono formare a partire da un insieme di oggetti. Partendo dal principio fondamentale del conteggio, si introducono disposizioni, permutazioni e combinazioni (semplici e con ripetizione), il fattoriale e i coefficienti binomiali, fino al binomio di Newton e al triangolo di Tartaglia. È lo strumento di base del calcolo delle probabilità e rientra a pieno titolo nei « dati e previsioni » dell'Esame di Stato.
4 sezioni~20 min di lettura3 competenzeLivello Base 1 · Standard 2 · Approfondimento 1Verificato · 07/2026
livello base
In tutti i licei si richiede di riconoscere la situazione di conteggio corretta (ordine sì/no, ripetizione sì/no), di applicare le formule di disposizioni, permutazioni e combinazioni e di sviluppare semplici potenze con il binomio di Newton.
livello avanzato
Nel Liceo Scientifico e nell'opzione Scienze Applicate si curano la giustificazione delle formule a partire dal principio fondamentale, le permutazioni e le combinazioni con ripetizione, le proprietà dimostrate dei coefficienti binomiali e l'uso del calcolo combinatorio nei problemi di probabilità.
Profondità di lettura: Approfondimento
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Diagramma ad albero del lancio di due monete
principio di moltiplicazione
Numero totale di esiti di k scelte successive e indipendenti, dove la scelta i-esima ha nᵢ possibilità.
scelte uguali ripetute
Se ogni scelta ha sempre m possibilità e si ripete k volte, il prodotto diventa la potenza mᵏ.
In una pizzeria si compone un menù scegliendo una pizza tra 8 tipi, una bibita tra 5 e un dolce tra 3. In quanti modi diversi si può comporre il menù completo? E se il cliente può rinunciare al dolce?
Il menù è una successione di tre scelte indipendenti: la pizza (8 possibilità), la bibita (5 possibilità) e il dolce (3 possibilità). Sono legate dalla congiunzione « e », quindi si applica il principio di moltiplicazione.
Si moltiplicano i numeri delle singole scelte.
Se il dolce è facoltativo, le possibilità per quella scelta diventano 4 (i 3 dolci oppure « nessun dolce »).
Risultato: Con dolce obbligatorio i menù possibili sono 120; rendendo il dolce facoltativo diventano 160.
Errori frequenti
Approfondimento
Il principio di moltiplicazione, per quanto intuitivo, si dimostra rigorosamente per induzione sul numero «k» di scelte. Per «k = 1» il numero di esiti è «n₁», ovvio. Passo induttivo: supposto che «k» scelte successive con «n₁, …, nₖ» possibilità diano «n₁·…·nₖ» esiti, si aggiunge una «(k+1)»-esima scelta con «n_{k+1}» possibilità; per ciascuno degli «n₁·…·nₖ» esiti già formati si aprono «n_{k+1}» prosecuzioni distinte, e questi gruppi sono a due a due disgiunti, dunque il totale è «(n₁·…·nₖ)·n_{k+1}», la tesi per «k + 1». È lo stesso ramificarsi del diagramma ad albero, in cui le foglie a ogni livello si moltiplicano. Accanto ad esso opera il principio di addizione, versione elementare del principio di inclusione-esclusione: se un esito si realizza in alternativa in «A» o in «B» modi mutuamente esclusivi, il totale è «|A| + |B|»; se le due possibilità non sono esclusive occorre correggere sottraendo gli esiti comuni, «|A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|». Riconoscere se le scelte sono in successione — la congiunzione «e», moltiplicazione — o in alternativa — la congiunzione «oppure», addizione — è il primo, decisivo bivio di ogni conteggio.
Ripasso attivo
In una pizzeria si compone un menù scegliendo una pizza tra 8 tipi, una bibita tra 5 e un dolce tra 3. In quanti modi diversi si può comporre il menù completo? E se il cliente può rinunciare al dolce?
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Schema decisionale: ordine e ripetizione
disposizioni semplici
Raggruppamenti ordinati di k oggetti distinti scelti tra n (k ≤ n), senza ripetizioni.
permutazioni semplici
Ordinamenti di tutti gli n elementi distinti; caso k = n delle disposizioni, con 0! = 1.
permutazioni con ripetizione
Ordinamenti di n oggetti di cui n₁ uguali tra loro, n₂ uguali tra loro, ecc.; si divide per le permutazioni interne dei gruppi uguali.
disposizioni con ripetizione
Raggruppamenti ordinati di k oggetti scelti tra n con ripetizioni ammesse: ogni posizione è una scelta libera tra n.
A una gara partecipano 8 atleti. In quanti modi diversi possono essere assegnate le medaglie d'oro, d'argento e di bronzo? Quanti sono invece tutti gli anagrammi (anche privi di senso) della parola MAMMA?
Si scelgono 3 atleti tra 8 e l'ordine conta (oro, argento, bronzo sono ruoli diversi); nessun atleta può occupare due posti, quindi non ci sono ripetizioni: sono disposizioni semplici di 8 elementi presi 3 alla volta.
Si applica la formula con n = 8 e k = 3, cioè il prodotto dei 3 fattori decrescenti a partire da 8.
La parola ha 5 lettere, ma con ripetizioni: la M compare 3 volte e la A compare 2 volte. Si usano quindi le permutazioni con ripetizione, dividendo 5! per 3! e per 2!.
Si esegue il rapporto tra i fattoriali.
Risultato: Le assegnazioni possibili del podio sono 336; gli anagrammi distinti di MAMMA sono 10.
Errori frequenti
Approfondimento
Le formule del calcolo combinatorio si deducono tutte dal principio di moltiplicazione. Le disposizioni semplici di «n» oggetti a «k» a «k» riempiono «k» posizioni ordinate senza ripetizione: la prima in «n» modi, la seconda in «n − 1», e così via fino alla «k»-esima in «n − k + 1» modi, per un totale di «n(n − 1)…(n − k + 1)» fattori decrescenti. Moltiplicando e dividendo per «(n − k)!» questo prodotto si scrive in forma compatta «D(n, k) = n!/(n − k)!», poiché «(n − k)!» cancella esattamente i fattori da «n − k» in giù. Le permutazioni sono il caso «k = n»: «P(n) = D(n, n) = n!/0! = n!», ricordando la convenzione «0! = 1». Quando compaiono oggetti uguali, ogni permutazione degli «n₁» oggetti di un tipo, degli «n₂» di un altro, e così via, non produce un nuovo ordinamento: si è dunque contato «n₁!·n₂!·…» volte di troppo, e dividendo si ottengono le permutazioni con ripetizione «n!/(n₁!·…·nᵣ!)». Questo argomento di sovraconteggio corretto per divisione è lo stesso che, tolto del tutto l'ordine, condurrà dalle disposizioni alle combinazioni dividendo per «k!»: distinguere se l'ordine conta e se sono ammesse ripetizioni resta la decisione preliminare di ogni problema.
Ripasso attivo
A una gara partecipano 8 atleti. In quanti modi diversi possono essere assegnate le medaglie d'oro, d'argento e di bronzo? Quanti sono invece tutti gli anagrammi (anche privi di senso) della parola MAMMA?
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Confronto tra disposizioni, permutazioni e combinazioni
combinazioni semplici
Numero di sottoinsiemi (non ordinati) di k elementi distinti scelti tra n; è il coefficiente binomiale « n su k ».
proprietà di simmetria
Scegliere k elementi da tenere equivale a scegliere gli n−k da scartare.
formula di Stifel
Relazione ricorsiva alla base del triangolo di Tartaglia: ogni numero è la somma dei due che gli stanno sopra.
Da un gruppo di 10 studenti si deve formare una commissione di 3 persone con ruoli equivalenti. Quante commissioni diverse si possono formare? Verifica inoltre, usando la simmetria, che C(10,3) = C(10,7).
I 3 membri hanno ruoli equivalenti, quindi l'ordine in cui si scelgono è irrilevante e non ci sono ripetizioni: sono combinazioni semplici di 10 elementi presi 3 alla volta.
Si scrive C(10,3) e si semplifica cancellando 7! tra numeratore e denominatore.
Per la proprietà di simmetria scegliere 3 da tenere equivale a scegliere 7 da escludere; il calcolo conferma lo stesso valore.
Risultato: Si possono formare 120 commissioni diverse, e la simmetria conferma C(10,3) = C(10,7) = 120.
Errori frequenti
Approfondimento
Il coefficiente binomiale nasce dal togliere l'ordine alle disposizioni: ogni sottoinsieme di «k» elementi può essere ordinato in «k!» modi, che come disposizioni sono contati separatamente ma come combinazione valgono per uno solo; dividendo, «C(n, k) = D(n, k)/k! = n!/(k!(n − k)!)». La proprietà più feconda è l'identità di Stifel «C(n, k) = C(n−1, k−1) + C(n−1, k)», che si dimostra con un elegante argomento combinatorio. Si fissi un elemento particolare «x» tra gli «n». I sottoinsiemi di «k» elementi si dividono in due classi disgiunte: quelli che contengono «x», che sono «C(n−1, k−1)» perché si scelgono i restanti «k − 1» tra gli altri «n − 1», e quelli che non lo contengono, «C(n−1, k)», perché si scelgono tutti e «k» tra gli altri «n − 1». Sommando le due classi si ottengono tutti i sottoinsiemi: «C(n, k) = C(n−1, k−1) + C(n−1, k)». È esattamente la regola ogni numero è la somma dei due sopra del triangolo di Tartaglia. La simmetria «C(n, k) = C(n, n−k)» esprime invece che scegliere i «k» da tenere equivale a scegliere gli «n − k» da scartare, e conviene usarla per calcolare con il «k» più piccolo.
Ripasso attivo
Da un gruppo di 10 studenti si deve formare una commissione di 3 persone con ruoli equivalenti. Quante commissioni diverse si possono formare? Verifica inoltre, usando la simmetria, che C(10,3) = C(10,7).
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Triangolo di Tartaglia (righe 0-5)
binomio di Newton
Sviluppo della potenza n-esima di un binomio: n+1 termini, coefficienti binomiali, somma degli esponenti sempre uguale a n.
somma di una riga del triangolo
Ponendo a = b = 1 nel binomio: è anche il numero di tutti i sottoinsiemi di un insieme di n elementi.
Sviluppa la potenza (2x − 1)³ usando il binomio di Newton e i coefficienti della riga corrispondente del triangolo di Tartaglia. Indica esplicitamente da quale riga provengono i coefficienti.
Poiché l'esponente è 3, si usa la riga 3 del triangolo di Tartaglia, che è 1, 3, 3, 1. Si pone a = 2x e b = −1, con potenze di a decrescenti e di b crescenti.
Si applica la formula del binomio per k = 0, 1, 2, 3, ricordando di elevare a potenza l'intero termine (2x).
Si sviluppano le potenze dei coefficienti numerici e si tiene conto dei segni: 1·8x³, 3·4x²·(−1) = −12x², 3·2x·1 = 6x, 1·(−1) = −1.
Si ottiene il polinomio sviluppato in potenze decrescenti di x.
Risultato: (2x − 1)³ = 8x³ − 12x² + 6x − 1; i coefficienti binomiali 1, 3, 3, 1 provengono dalla riga 3 del triangolo di Tartaglia.
Errori frequenti
Approfondimento
Il binomio di Newton «(a + b)ⁿ = Σ_{k=0}^{n} C(n, k) aⁿ⁻ᵏ bᵏ» si dimostra rigorosamente per induzione su «n», usando l'identità di Stifel. Base «n = 1»: «(a + b)¹ = C(1,0)a + C(1,1)b = a + b». Passo: supposta la formula per «n», si moltiplica per «(a + b)»; raccogliendo i termini con uguale potenza «aⁿ⁺¹⁻ᵏ bᵏ» si trova che il suo coefficiente è «C(n, k) + C(n, k−1)», che per Stifel vale «C(n+1, k)». Ne segue la formula per «n + 1». Ponendo «a = b = 1» si ottiene l'identità «Σ_{k=0}^{n} C(n, k) = 2ⁿ»: la somma di una riga del triangolo di Tartaglia è «2ⁿ», il numero di tutti i sottoinsiemi di un insieme di «n» elementi, poiché ciascun elemento, indipendentemente, o c'è o non c'è. Ponendo invece «a = 1, b = −1» si trova «Σ_{k=0}^{n} (−1)ᵏ C(n, k) = 0» per «n ≥ 1»: nelle righe del triangolo la somma a segni alterni è nulla, cioè i sottoinsiemi di cardinalità pari sono tanti quanti quelli di cardinalità dispari. La combinatoria dei coefficienti governa così l'algebra delle potenze, e il triangolo di Tartaglia, costruito con la sola regola di Stifel, contiene già pronti tutti gli sviluppi.
Ripasso attivo
Sviluppa la potenza (2x − 1)³ usando il binomio di Newton e i coefficienti della riga corrispondente del triangolo di Tartaglia. Indica esplicitamente da quale riga provengono i coefficienti.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM)) · Esame di Stato del secondo ciclo — quadri di riferimento e griglie di valutazione (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Riferimenti e fonti