গণিতর 5 খানা, পদার্থবিঞ্জানের 3 খানা ও রসায়নের 2 খানা পুস্তককে একটি তাকে কত প্রকারে সাজানো যেতে পারে যাতে একই বিষেয়ের পুস্তক গুলি একত্রে থাকে?

বিন্যাসের সংখ্যা নির্ণয়ের বিভিন্ন সূত্র এবং এর ব্যবহার গণিতের বিভিন্ন ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। বিন্যাস হলো নির্দিষ্ট কিছু বস্তুকে নির্দিষ্ট ক্রমে সাজানো, যেখানে ক্রমানুসার গুরুত্বপূর্ণ।

বিন্যাসের বিভিন্ন সূত্র ও তার প্রয়োগ

১. \( n \) টি বস্তু থেকে \( r \) টি বস্তু নিয়ে বিন্যাসের সংখ্যা

যখন \( n \)টি ভিন্ন ভিন্ন বস্তু থেকে \( r \)টি বস্তু নির্বাচিত করে বিভিন্ন ক্রমে সাজানো হয়, তখন সেই বিন্যাসের সংখ্যা নির্ণয় করা হয় নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা:

\[
P(n, r) = \frac{n!}{(n - r)!}
\]

এখানে:

• \( n \) হলো মোট বস্তু সংখ্যা।
• \( r \) হলো নির্বাচিত বস্তু সংখ্যা।

উদাহরণ:

ধরা যাক, \(5\)টি বস্তু থেকে \(3\)টি বস্তু নির্বাচন করে কতভাবে সাজানো যায় তা নির্ণয় করতে হবে।

\[
P(5, 3) = \frac{5!}{(5 - 3)!} = \frac{5 \times 4 \times 3 \times 2 \times 1}{2 \times 1} = 60
\]

অর্থাৎ, \(5\)টি ভিন্ন বস্তু থেকে \(3\)টি বস্তু নির্বাচন করে ৬০টি ভিন্ন উপায়ে সাজানো যায়।

২. যখন সবগুলো বস্তুই ব্যবহার করতে হবে (পূর্ণ বিন্যাস)

যখন \( n \)টি বস্তু আছে এবং সেগুলো সবগুলোই ব্যবহার করতে হবে, তখন \( r = n \) ধরে পূর্ণ বিন্যাস বের করা হয়। এই অবস্থায়:

\[
P(n, n) = n!
\]

উদাহরণ:

ধরা যাক, \(4\)টি ভিন্ন বস্তু আছে এবং সেগুলিকে কতভাবে সাজানো যায় তা বের করতে হবে।

\[
P(4, 4) = 4! = 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 24
\]

অর্থাৎ, \(4\)টি ভিন্ন বস্তু দিয়ে \(4\)টি বস্তু নিয়ে সাজানোর মোট ২৪টি উপায় রয়েছে।

৩. পুনরাবৃত্তি সহ বিন্যাস (Permutation with Repetition)

যদি \( n \)টি বস্তু থাকে এবং প্রতিটি বস্তুকে \( r \) বার করে ব্যবহার করা যায়, তাহলে পুনরাবৃত্তি সহ বিন্যাসের সংখ্যা হবে:

\[
n^r
\]

উদাহরণ:

ধরা যাক, \(3\)টি ভিন্ন ভিন্ন বস্তু (\(A\), \(B\), \(C\)) রয়েছে এবং প্রতিটি বস্তুকে \(2\) বার ব্যবহার করার অনুমতি আছে। তখন বিন্যাসের সংখ্যা হবে:

\[
3^2 = 9
\]

অর্থাৎ, \( A \), \( B \), এবং \( C \) দিয়ে \(2\) বার করে ৯টি ভিন্ন ভিন্ন ক্রমে বিন্যাস তৈরি করা যাবে।

৪. পুনরাবৃত্তি সহ বিন্যাস, যেখানে কিছু বস্তু পুনরাবৃত্তি হয় (Permutation of Multiset)

যদি \( n \)টি বস্তু থাকে এবং তার মধ্যে কিছু বস্তুর পুনরাবৃত্তি ঘটে, তবে বিন্যাসের সূত্র হয়:

\[
\frac{n!}{p_1! \times p_2! \times \dots \times p_k!}
\]

যেখানে:

• \( p_1, p_2, \dots, p_k \) হলো পুনরাবৃত্ত বস্তুর সংখ্যা।

উদাহরণ:

ধরা যাক, "AAB" এই তিনটি অক্ষরের বিন্যাস বের করতে হবে। এখানে \(A\) অক্ষরটি ২ বার এসেছে এবং \(B\) একবার।

\[
\frac{3!}{2!} = \frac{3 \times 2 \times 1}{2 \times 1} = 3
\]

অর্থাৎ, "AAB" দিয়ে ৩টি ভিন্নভাবে বিন্যাস করা সম্ভব: \(AAB\), \(ABA\), এবং \(BAA\)।

বিন্যাসের প্রয়োগ

১. নির্দিষ্ট আসনে বসানো: একটি টেবিলে নির্দিষ্ট আসনে মানুষ বা বস্তুর বিন্যাস বের করতে।
২. সংকেত বা কোড তৈরি: বিভিন্ন সংকেত বা কোড তৈরিতে, যেখানে ক্রম গুরুত্বপূর্ণ।
৩. পাসওয়ার্ড তৈরি: বিভিন্ন অক্ষর বা সংখ্যার ভিন্ন ক্রমে পাসওয়ার্ড তৈরি করতে।
৪. সম্ভাব্যতা: সম্ভাবনায় বিভিন্ন ঘটনার বিন্যাস বের করতে।

বিন্যাসের এই সূত্র এবং প্রয়োগের মাধ্যমে সহজেই বিভিন্ন কম্বিনেটরিক্স সমস্যার সমাধান করা যায়, যেখানে ক্রম গুরুত্বপূর্ণ।