🔢Dénombrement et combinatoire
Cours de mathématiques · Terminale
Compter sans énumérer ! Le dénombrement donne des outils pour compter le nombre de façons de choisir, d'ordonner ou de tirer des objets : principe multiplicatif, permutations (), arrangements et combinaisons . C'est la base indispensable des probabilités.
Ce que tu vas savoir faire
- ✓Utiliser le principe multiplicatif pour compter des choix successifs
- ✓Distinguer -uplet, permutation, arrangement et combinaison
- ✓Calculer et reconnaître une permutation de objets
- ✓Calculer une combinaison
- ✓Utiliser la symétrie et le triangle de Pascal
Principe multiplicatif et p-uplets
Principe multiplicatif. Si une expérience se décompose en étapes successives, et si l'étape offre possibilités, l'étape en offre , …, l'étape en offre (chaque nombre étant indépendant des choix précédents), alors le nombre total de résultats est :
Un -uplet (ou -liste) d'un ensemble à éléments est une liste ordonnée de éléments de , avec répétitions autorisées. Le nombre de -uplets est :
C'est le cas typique d'un tirage successif avec remise, ou d'un code à caractères choisis parmi symboles.
Pour compter avec le principe multiplicatif :
- Découpe le choix en étapes successives.
- Compte le nombre de possibilités à chaque étape.
- Multiplie tous ces nombres.
- Demande-toi si l'ordre compte (oui ici) et s'il y a remise (répétitions autorisées ⇒ -uplet, donc ).
Combien de codes de chiffres (de à ) peut-on former ?
Chaque position offre choix indépendants (avec remise), donc :
⚠️ « Avec remise » et « l'ordre compte » ⇒ -uplet (). Si l'ordre ne compte pas ou s'il n'y a pas de remise, ce n'est PLUS : c'est un arrangement ou une combinaison.
Permutations et factorielle
Factorielle. Pour un entier , on note :
et par convention . Ainsi , , , , , .
Permutation. Une permutation d'un ensemble à éléments est une façon d'ordonner ces éléments (les ranger les uns à la suite des autres, sans répétition). Le nombre de permutations de objets est :
Intuition : on a choix pour la première place, puis pour la deuxième, …, pour la dernière, d'où le produit.
Pour reconnaître une permutation :
- Vérifie qu'on utilise tous les éléments.
- Vérifie que l'ordre compte et qu'il n'y a pas de répétition.
- Le résultat est alors .
De combien de façons peut-on ranger livres distincts sur une étagère ?
On ordonne les livres, donc c'est une permutation :
🧠 Retiens (ce n'est pas !). Cette convention rend les formules d'arrangements et de combinaisons cohérentes.
Arrangements
Un arrangement de éléments parmi (avec ) est une liste ordonnée de éléments deux à deux distincts choisis dans un ensemble à éléments : c'est un tirage successif sans remise. Leur nombre est :
Il y a exactement facteurs au numérateur, qui descendent de jusqu'à . Le mot-clé est : ordre + sans remise.
Pour calculer un arrangement :
- Vérifie que l'ordre compte et qu'il n'y a pas de remise.
- Pars de et multiplie en descendant, en t'arrêtant après facteurs (le dernier est ).
- (Ou bien applique .)
Dans une course de chevaux, combien de podiums (1er, 2e, 3e) sont possibles ?
L'ordre compte, sans remise, parmi :
🔎 Une permutation est un arrangement particulier : . Et .
Combinaisons
Une combinaison de éléments parmi est un sous-ensemble (une partie) à éléments d'un ensemble à éléments : ici l'ordre ne compte pas et il n'y a pas de répétition. Leur nombre, noté (lire « parmi »), vaut :
On passe de l'arrangement à la combinaison en divisant par , car chaque sous-ensemble de éléments peut être ordonné de façons :
Cas particuliers : , , .
Pour calculer :
- Choisis le plus petit entre et (symétrie).
- Écris au numérateur ( facteurs).
- Divise par .
- Simplifie avant de multiplier pour éviter les gros nombres.
Combien de mains de cartes parmi ?
L'ordre ne compte pas, donc c'est une combinaison :
Autre exemple : (on retrouve par symétrie).
⚠️ Ne confonds pas arrangement et combinaison : « podium, classement, code » ⇒ ordre ⇒ arrangement ; « équipe, comité, main de cartes » ⇒ pas d'ordre ⇒ combinaison.
Propriétés : symétrie et triangle de Pascal
Les combinaisons vérifient deux propriétés essentielles.
Symétrie. Pour : Choisir les éléments qu'on prend revient à choisir les qu'on laisse.
Relation de Pascal. Pour : Elle permet de construire le triangle de Pascal, où chaque terme est la somme des deux situés juste au-dessus :
La ligne donne les . Enfin, la somme d'une ligne vaut : c'est le nombre total de parties d'un ensemble à éléments.
⭐ Pour les curieux — pourquoi ça marche ? La relation de Pascal se voit d'un coup. Pour choisir éléments parmi , fixons un élément témoin, disons Tom. Soit on prend Tom : il reste alors éléments à choisir parmi les autres, soit façons. Soit on laisse Tom : on choisit les éléments parmi les autres, soit façons. Ces deux cas n'ont aucun chevauchement et couvrent tout, donc on les additionne : . Quant à , c'est encore plus parlant : pour fabriquer une partie, on passe les éléments en revue et pour chacun on dit « dedans » ou « dehors », soit choix — et trier ces parties selon leur taille redonne la somme des .
Pour utiliser le triangle de Pascal :
- Démarre chaque ligne et chaque fin de ligne par .
- Chaque case = somme des deux cases au-dessus (relation de Pascal).
- Lis à la ligne , position (en comptant à partir de ).
Vérifions :
Et la symétrie : . ✓
💡 La symétrie fait gagner du temps : pour , calcule plutôt .
Choisir le bon modèle de dénombrement
Pour compter, il faut d'abord identifier la situation en se posant deux questions :
- L'ordre compte-t-il ? (« podium, code, classement » ⇒ oui ; « comité, main, équipe » ⇒ non).
- Y a-t-il répétition / remise ? (un même élément peut-il apparaître plusieurs fois ?).
Le tableau de synthèse :
Ordre oui, répétition oui ⇒ -uplet : .
Ordre oui, répétition non ⇒ arrangement : .
Ordre non, répétition non ⇒ combinaison : .
Cas particulier : on ordonne tout (, sans répétition) ⇒ permutation : .
Pour choisir le bon outil :
- Demande-toi si l'ordre compte.
- Demande-toi s'il y a répétition possible.
- Croise les deux réponses dans le tableau pour obtenir la formule à appliquer.
« Combien de podiums (1er, 2e, 3e) parmi ? » : ordre oui, répétition non ⇒ arrangement .
« Combien d'équipes de parmi ? » : ordre non, répétition non ⇒ combinaison .
🧭 Une même donnée ( parmi ) donne ou selon que l'ordre compte ou non : c'est la question de l'ordre qui tranche.
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