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輸入計算

數學公式

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結果

Permutations with Repetition (n = 17)
nΠr = nr
table for r = 0 to 20, shown to 18 significant digits
r nΠr = nr
0 1
1 17
2 289
3 4913
4 83521
5 1419857
6 24137569
7 410338673
8 6975757441
9 118587876497
10 2015993900449
11 34271896307633
12 582622237229761
13 9904578032905937
14 168377826559400929
15 2.86242305150981579E+18
16 4.86611918756668685E+19
17 8.27240261886336764E+20
18 1.40630844520677250E+22
19 2.39072435685151325E+23
20 4.06423140664757252E+24

什麼是可重複排列?

可重複排列(又稱可放回排列)計算的是:從 n 個相異元素中取出 r 個來排序,且每個元素都可以重複取用任意多次時,總共有多少種有序的排列方式。由於 r 個位置中的每一個都能獨立地填入 n 個元素中的任何一個,因此總數就是 n 連乘 r 次,寫作 \({}_{\text{n}}\Pi_{r} = \text{n}^{\,r}\)。這與一般排列 \({}_{\text{n}}P_{r} = n!/(n-r)!\) 不同,後者不允許重複。

樹狀圖顯示 2 個位置,每個都從 3 個符號的集合中填入,共得到 9 種有序結果
r 個位置中的每一個都獨立地從全部 n 個選項中選取,因此允許重複。

如何使用這個計算器

先輸入相異元素的數量 n,再選擇 r 的起始值與結束值。本工具會為這個(含端點)範圍內的每個整數 r 建立一列,並逐一列出 \(n^r\)。由於這些數字增長極為快速,計算器內部採用精確的大整數運算,並讓你自行選擇要顯示幾位有效數字(預設為 18 位)。若你輸入的起始值大於結束值,系統會自動互換兩者,使表格仍以遞增順序呈現。

公式詳解

核心法則是 $$ {}_{\text{n}}\Pi_{r} = \text{n}^{\,r}, \quad r = \text{r}_{\text{start}}, \dots, \text{r}_{\text{end}} $$ r 個位置中的每一個都是在 n 個選項中獨立做出的選擇,因此根據乘法原理,各種排列方式相乘:\(n \times n \times \dots \times n\)(共 r 個因子)。一些特殊情況可由此直接推得:當 \(r = 0\) 時恰好有一種排列(即空排列),所以對任何 n 來說 \(n^0 = 1\),本工具也採用 \(0^0 = 1\) 的慣例。當 \(n = 0\) 且 \(r > 0\) 時,因為沒有元素可供排列,所以結果為 0。

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n 的 r 次方公式,圖示為 r 個相同的方框,每個有 n 種選擇,相乘在一起
公式 \({}_{\text{n}}\Pi_{r} = \text{n}^{\,r}\):對 r 個位置中的每一個各乘一次 n 種選擇。

實例演算

當 n = 17、r 從 0 到 20 時,表格從 1、17、289、4,913、83,521、… 開始,並在 r = 20 時以 $$ 17^{20} = 4{,}064{,}231{,}406{,}647{,}572{,}522{,}401{,}601 $$ 結束,約等於 \(4.06 \times 10^{24}\)。再看一個簡單的驗證:當 n = 2、r 從 0 到 4 時,會得到 1、2、4、8、16,正好就是各長度二進位字串的數量。

常見問題

為什麼 \(n^0 = 1\)?排列零個元素只有一種方式:什麼都不選。這個空排列讓公式保持一致。

這與 nPr 有何不同?一般排列 \({}_{\text{n}}P_{r}\) 不允許重複取用,結果為 \(n!/(n-r)!\)。這裡允許重複,所以每個位置都有 n 種選擇,答案是 \(n^r\)。

為什麼大數字會四捨五入顯示?內部運算是精確的,但為了方便閱讀,極大的結果會以你所選的有效數字位數來顯示。

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