Regla de Pascal

En matemáticas, la regla de Pascal es una identidad combinatórica sobre los coeficientes binomiales. La regla dice que para cada número natural n se tiene que

{n-1 \choose k}+{n-1 \choose k-1}={n \choose k}\quad {\text{para }}1\leq k\leq n

donde ${n \choose k}$ es un coeficiente binomial. Esto también puede ser comúnmente escrito como

{n \choose k}+{n \choose k-1}={n+1 \choose k}\quad {\text{para }}1\leq k\leq n+1

Demostración combinatoria

La regla de Pascal tiene un significado combinacional intuitivo, que se expresa claramente en esta prueba de conteo.^[1]

Demostración: Recordemos que ${n \choose k}$ es igual al número de subconjuntos con k elementos de un conjunto con n elementos. Supongamos que un elemento en particular es etiquetado como X en un conjunto con n elementos.

Para construir un subconjunto de k elementos que contenga X, cogemos X y k-1 elementos de los n-1 elementos restantes del conjunto. Entonces habría ${n-1 \choose k-1}$ de estos subconjuntos.

Para construir un subconjunto de k elementos que no contengan X, cogemos k elementos de los n-1 elementos restantes del conjunto. Entonces habría ${n-1 \choose k}$ de estos subconjuntos.

Cada subconjunto de k elementos puede contener X o no. El número total de subconjuntos con k elementos en un conjunto de n elementos es la suma del número de subconjuntos que contienen X y el número de subconjuntos que no contienen X, ${n-1 \choose k-1}+{n-1 \choose k}$ .

Por lo tanto, ${n \choose k}={n-1 \choose k-1}+{n-1 \choose k}$ .

Demostración algebraica

Alternativamente, la derivación algebraica del caso binomial es la siguiente:

${\begin{aligned}{n-1 \choose k}+{n-1 \choose k-1}&={\frac {(n-1)!}{k!(n-1-k)!}}+{\frac {(n-1)!}{(k-1)!(n-k)!}}\\&=(n-1)!\left[{\frac {n-k}{k!(n-k)!}}+{\frac {k}{k!(n-k)!}}\right]\\&=(n-1)!{\frac {n}{k!(n-k)!}}\\&={\frac {n!}{k!(n-k)!}}\\&={\binom {n}{k}}.\end{aligned}}$

Generalización

La regla de Pascal puede generalizarse a coeficientes multinomiales.^[2] Para cualquier entero p tal que $p\geq 2$ , $k_{1},k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}\in \mathbb {N} ^{*}$ , y $n=k_{1}+k_{2}+k_{3}+\cdots +k_{p}\geq 1$ , ${n-1 \choose k_{1}-1,k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}}+{n-1 \choose k_{1},k_{2}-1,k_{3},\dots ,k_{p}}+\cdots +{n-1 \choose k_{1},k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}-1}={n \choose k_{1},k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}}$ donde ${n \choose k_{1},k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}}$ es el coeficiente del término $x_{1}^{k_{1}}x_{2}^{k_{2}}\dots x_{p}^{k_{p}}$ en expansión de $(x_{1}+x_{2}+\dots +x_{p})^{n}$ .
La derivación algebraica para este caso general es la siguiente. Sea p un entero tal que $p\geq 2$ , $k_{1},k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}\in \mathbb {N} ^{*}$ , y $n=k_{1}+k_{2}+k_{3}+\cdots +k_{p}\geq 1$ . Entonces: ${\begin{aligned}&{}\quad {n-1 \choose k_{1}-1,k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}}+{n-1 \choose k_{1},k_{2}-1,k_{3},\dots ,k_{p}}+\cdots +{n-1 \choose k_{1},k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}-1}\\&={\frac {(n-1)!}{(k_{1}-1)!k_{2}!k_{3}!\cdots k_{p}!}}+{\frac {(n-1)!}{k_{1}!(k_{2}-1)!k_{3}!\cdots k_{p}!}}+\cdots +{\frac {(n-1)!}{k_{1}!k_{2}!k_{3}!\cdots (k_{p}-1)!}}\\&={\frac {k_{1}(n-1)!}{k_{1}!k_{2}!k_{3}!\cdots k_{p}!}}+{\frac {k_{2}(n-1)!}{k_{1}!k_{2}!k_{3}!\cdots k_{p}!}}+\cdots +{\frac {k_{p}(n-1)!}{k_{1}!k_{2}!k_{3}!\cdots k_{p}!}}={\frac {(k_{1}+k_{2}+\cdots +k_{p})(n-1)!}{k_{1}!k_{2}!k_{3}!\cdots k_{p}!}}\\&={\frac {n(n-1)!}{k_{1}!k_{2}!k_{3}!\cdots k_{p}!}}={\frac {n!}{k_{1}!k_{2}!k_{3}!\cdots k_{p}!}}={n \choose k_{1},k_{2},k_{3},\dots ,k_{p}}.\end{aligned}}$

Véase también

Triángulo de Pascal

Referencias

↑ Brualdi, Richard A. (2010), Introductory Combinatorics (5th edición), Prentice-Hall, p. 44, ISBN 978-0-13-602040-0 .
↑ Brualdi, Richard A. (2010), Introductory Combinatorics (5th edición), Prentice-Hall, p. 144, ISBN 978-0-13-602040-0 .