Die Fakultät (!) in Mathematik und Statistik verstehen

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In der Mathematik Symbole, die haben bestimmte Bedeutungen in der englischen Sprache kann sehr spezialisierte und unterschiedliche Dinge bedeuten. Betrachten Sie beispielsweise den folgenden Ausdruck:

3!

Nein, das haben wir nicht genutzt Ausrufezeichen um zu zeigen, dass wir uns auf drei freuen, und wir sollten den letzten Satz nicht mit Betonung lesen. In der Mathematik ist der Ausdruck 3! wird als „drei Fakultät“ gelesen und ist eigentlich 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 auftaucht, sind Kombinatorik und Wahrscheinlichkeit Infinitesimalrechnung .

Definition

Die Definition der Fakultät ist die für jede positive ganze Zahl n , die Fakultät:

n ! = n x (n - 1) x (n - 2) x . . . x 2 x 1

Beispiele für kleine Werte

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

• 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 z. B. 20! hat eigentlich 19 Ziffern.

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

Ein Sonderfall

Ein weiterer Wert der Fakultät und einer, für den die obige Standarddefinition nicht gilt, ist der von Null Fakultät . Wenn wir der Formel folgen, dann würden wir zu keinem Wert für 0! kommen. Es gibt keine positiven ganzen Zahlen kleiner als 0. Aus mehreren Gründen ist es angebracht, 0 zu definieren! = 1. Die Fakultät für diesen Wert taucht besonders in den Formeln für auf Kombinationen und Permutationen .

Fortgeschrittenere Berechnungen

Beim Umgang mit Berechnungen ist es wichtig, nachzudenken, bevor wir die Fakultätstaste auf unserem Taschenrechner drücken. Um einen Ausdruck wie 100!/98! Es gibt ein paar verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun.

Eine Möglichkeit ist die Verwendung von a Taschenrechner um beide 100 zu finden! und 98!, dann teile sie durch die andere. Obwohl dies ein direkter Berechnungsweg ist, sind damit einige Schwierigkeiten verbunden. Einige Taschenrechner können keine Ausdrücke bis zu 100 verarbeiten! = 9,33262154 x 10¹⁵⁷. (Der Ausdruck 10¹⁵⁷ist eine wissenschaftliche Schreibweise, was bedeutet, dass wir mit 1 multiplizieren, gefolgt von 157 Nullen.) Diese Zahl ist nicht nur riesig, sondern auch nur eine Schätzung des tatsächlichen Wertes von 100!

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