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輸入計算

數學公式

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結果

偶排列數量
60
元素數量(n) 5
總排列數 120
奇排列數 60

什麼是偶排列計算機?

偶排列計算機可以告訴你,一個含有 n 個相異元素的集合,共有多少個偶排列。在群論中,如果一個排列可以寫成偶數個對換(兩個元素互換)的乘積,就稱為「偶排列」;若需要奇數個對換,則稱為「奇排列」。對於任何擁有兩個以上元素的集合,所有排列中恰好有一半是偶排列、一半是奇排列。這個工具會即時算出偶排列的數量,並一併列出總排列數與奇排列數,方便你對照參考。

如何使用

本計算機只有一個輸入欄位:

  • 元素數量(n)——請輸入一個正整數,代表你的集合大小。數值必須小於或等於 100,000。

送出之後,工具會回傳總排列數(n!)、偶排列數量,以及奇排列數量。若你輸入的是非正數、超過 100,000 的數值,或不是整數,系統會直接顯示明確的錯誤訊息提醒你。

公式解析

偶排列的數量為:

$$E_n = \frac{\text{n}!}{2}$$

其中 \(n!\)(n 階乘)是 1 到 n 所有整數的乘積,也就是將 n 個相異元素排列的所有方式總數。由於偶排列與奇排列恰好把對稱群一分為二,所以將總數除以 2 即可得到偶排列數。計算機同時會以 \(n! - (n!/2)\) 算出奇排列數,結果完全相同——正好印證兩者均分的特性。程式內部採用 BigInteger(大整數)運算,因此即使面對非常龐大的階乘也不會溢位。

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示意圖展示所有 n 的階乘個排列的集合被分成偶排列和奇排列兩個相等的部分
全部 n! 個排列均分為偶排列和奇排列,所以一半是偶排列。

實際範例

假設 n = 4。總排列數為 \(4! = 4 \times 3 \times 2 \times 1 = 24\)。偶排列數量為:

$$\frac{24}{2} = \mathbf{12}$$

因此,含有 4 個元素的集合共有 12 個偶排列與 12 個奇排列。這 12 個偶排列構成了交錯群 A₄。再以 n = 5 為例,\(5! = 120\),所以共有 60 個偶排列(即交錯群 A₅)。

扁平的樹狀示意圖,展示將三個元素的一種排序變為另一種排序的對換
偶排列透過偶數次兩兩對換得到。

常見問題

為什麼答案永遠剛好是 n! 的一半?對於任何 n ≥ 2,只要乘上一個對換,就能把每個偶排列都變成唯一對應的奇排列,反之亦然,形成完美的一對一配對,因此兩者的數量必定相等。

那 n = 1 的情況呢?當集合只有一個元素時,只有恆等排列存在,而它屬於偶排列。公式 \(n!/2 = 1/2\) 在整數運算中會向下取整為 0,所以請注意,從純數學角度來看,n = 1 是一個特殊的邊界情況。

輸入有上限嗎?有的。為了讓運算保持快速又穩定,輸入值必須是小於或等於 100,000 的正整數。

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