telprobleem

Opgave - CanMO 1989 vraag 1

De natuurlijke getallen $1,2,...,n$ worden op gerangschikt zodat iedere waarde ofwel strikt groter is dan alle vorige waarden, ofwel strikt kleiner is dan alle vorige waarden. Op hoeveel manieren kan die gedaan worden?

Oplossing

Als we een rij reeds gestart zijn getallen tussen $n$ en $m$, dan geldt dat er een lager getal zal volgen (-) of een groter getal (+) dan voorgaande getallen.
Het nieuwe getal is uniek bepaald door het teken (+ of -) aangezien als we niet $n-1$ of $m+1$ nemen, dat getal later zal volgen en zowel groter als kleiner dan voorgaande getallen zal zijn.

Nemen we dus $k$ als beginterm, dan volgen er $k -1$ minnen en $n-k$ plussen, verdeeld over $n-1$ plaatsen.
Zo'n volgorde van plusjes en minnen zal een rangschikking uniek bepalen.

Het aantal mogelijkheden om dat te doen wordt gegeven door $\binom{n-1}{k-1}=\frac{(n-1)!}{(n-k)!(k-1)!}$.
Het totaal aantal mogelijkheden is de sommatie van deze uitdrukking voor alle $k$ van $1$ tem $n$. M.a.w.: $\sum_{k=1}^{n}\frac{(n-1)!}{(n-k)!(k-1)!}=\sum_{k=0}^{n-1}\binom{n-1}{k}=(1+1)^{n-1}=2^{n-1}.$