二項式係數計算器
計算 C(n, k)——從 n 個項目中選出 k 個的方式數——適用於組合數學、機率與帕斯卡三角形。
輸入 n(總項目數)與 k(要選取的項目數),再按下計算,即可取得精確的二項式係數及公式。
二項式係數計算器
計算 C(n, k)——從 n 個項目中選出 k 個的方式數——適用於組合數學、機率與帕斯卡三角形。
關於二項式係數計算器
二項式係數 C(n, k),也寫作「n 選 k」或符號 ⁿCₖ,表示在選取順序不重要時,從 n 個不同項目中恰好選出 k 個的方式數。它是組合數學中最基礎的量之一,也常見於機率論、代數、統計與電腦科學。
公式為 C(n, k) = n! / (k! × (n − k)!),其中驚嘆號代表階乘:n! = n × (n−1) × (n−2) × ⋯ × 2 × 1,並約定 0! = 1。例如 C(5, 2) = 5! / (2! × 3!) = 120 / (2 × 6) = 10,代表從 5 個項目中選 2 個共有 10 種方式。
二項式係數是帕斯卡三角形的項目。在帕斯卡三角形中,每個數等於正上方兩個數的和;從零開始計數時,第 n 列第 k 欄正是 C(n, k)。這來自帕斯卡恆等式 C(n, k) = C(n−1, k−1) + C(n−1, k),意思是某項目可被選入或不選入,問題分別化為從 n−1 中選 k−1 或選 k。
「二項式係數」之名來自二項式定理:(x + y)ⁿ = Σ C(n, k) × xᵏ × y^(n−k),k 從 0 到 n。展開式中每一項 xᵏ y^(n−k) 的係數就是 C(n, k)。例如 (x + y)³ = x³ + 3x²y + 3xy² + y³,係數 1、3、3、1 分別是 C(3,0)、C(3,1)、C(3,2)、C(3,3)。
在機率中,二項式係數出現在二項分布,用來描述 n 次獨立、成功機率為 p 的伯努利試驗中成功的次數。恰好成功 k 次的機率是 C(n, k) × p^k × (1−p)^(n−k)。撲克牌手牌、彩券、委員會選擇,或固定 1 的數量的二進位字串,都可直接化為二項式係數計算。
當 n 和 k 很大時,直接計算階乘容易造成整數溢位。高效率演算法會用乘法公式 C(n, k) = ∏ (n − i) / (i + 1)(i 從 0 到 k−1)逐步計算,使中間值較小。本計算器使用精確整數運算,為實務輸入傳回精確結果。
二項式係數範例
C(n, k) 可給出可能結果數量的真實情境。
| C(n, k) | 結果 | 實際意義 |
|---|---|---|
| C(5, 2) | 10 | 從 5 個項目中選 2 個的方式數,例如從 5 人中選成對組合。 |
| C(52, 5) | 2,598,960 | 從標準 52 張牌中取 5 張撲克牌手牌的可能數量。 |
| C(8, 3) | 56 | 帕斯卡三角形第 8 列第 3 個位置;也是 8 元集合的 3 元子集數量。 |
| C(12, 4) | 495 | 從 12 位候選人中選出 4 人團隊的方式數,順序不重要。 |
如何使用二項式係數計算器
- 輸入 n——集合中的項目總數。n 必須是非負整數。
- 輸入 k——要選取的項目數。k 必須介於 0 到 n(含)之間。
- 按下「計算 C(n, k)」。結果會顯示精確的二項式係數與展開公式。
- 按下重設可清除兩個欄位,並輸入新數值進行其他計算。
二項式係數常見問題
C(n, k) 是什麼意思?
C(n, k) 表示在順序不重要時,從 n 個不同項目中選出 k 個的方式數。它也稱為二項式係數、「n 選 k」或組合數。例如 C(6, 2) = 15,因為 6 個項目可形成 15 個不同配對。
組合和排列有什麼差別?
組合不考慮所選項目的順序:{A, B} 與 {B, A} 相同,數量為 C(n, k) = n! / (k! (n−k)!)。排列則考慮順序:先 A 後 B 不同於先 B 後 A,數量為 P(n, k) = n! / (n−k)!。關係是 P(n, k) = k! × C(n, k)。
為什麼 C(n, 0) = 1 且 C(n, n) = 1?
C(n, 0) 計算從 n 個項目中選 0 個的方式——什麼都不選只有一種方式,所以為 1。C(n, n) 計算選出全部 n 個項目的方式——全部選取也只有一種方式,所以為 1。兩者也直接來自 n!/(0! × n!) = 1 與 n!/(n! × 0!) = 1。
二項式係數和帕斯卡三角形有何關係?
帕斯卡三角形中,每一項等於正上方兩項之和。從第 0 列第 0 欄開始計數時,第 n 列第 k 欄正是 C(n, k)。這來自帕斯卡恆等式 C(n, k) = C(n−1, k−1) + C(n−1, k)。讀取第 n 列可得到 C(n,0) 到 C(n,n) 的所有係數。
什麼是二項式定理?
二項式定理指出 (x + y)ⁿ = Σ C(n, k) xᵏ y^(n−k),k 從 0 加總到 n。二項式係數是每一項前的數值因子。例如 (x + y)⁴ = x⁴ + 4x³y + 6x²y² + 4xy³ + y⁴,係數 1、4、6、4、1 對應 C(4,0) 到 C(4,4)。
k 可以大於 n 嗎?
不行。若 k > n,就無法選出比集合中更多的項目,因此 C(n, k) 在 k > n 時定義為 0。階乘公式此時也因 (n−k)! 的負數參數而不適用;依慣例結果為 0。若輸入 k > n,計算器會顯示錯誤並提醒修正。