אכן הכלה והפרדה
שים לב שאני שאלתי כמה פונקציות יש שהתמונה שלהן מוכלת ב-1,2,3,4,5. כלומר גם פונקציה שהיא קבועה 1 לכל מקור נופלת תחת ההגדרה הזו. התשובה לשאלה זו היא באמת Q 5^2n.
אבל אם שואלים, כמה פונקציות יש שהתמונה שלהן היא בדיוק הקבוצה 1,2,3,4,5 אז באמת צריך הכלה והפרדה. מה עושים
Q 5^2n זה כל המקרים, כולל המקרים הלא טובים.
נחסר מזה את המקרים שבהם התמונה היא, לדוגמא, רק מתוך 1,2,3,4. יש Q 4^2n מקרים כאלה. במקרה זה גרעתי את 5 ויש 5 אופנים לבחור מי לגרוע. אז יוצא
Q 5^2n - 5 * 4^2n
אלא מה... חיסרתי יותר מדי. כי מקרים בהם התמונה היא רק 1,2,3 חוסרו מספר פעמים. לכן נוסיף את המקרים הלאה. כמה קבוצות בגודל 3 יש מתוך 1,2,3,4,5? יש (Q (5 choose 3. אז יוצא
Q 5^2n - 5 * 4^2n + (5 choose 3) * 3^2n
וכך ממשיכים ומחסרים את המקרה של קבוצות בנות שני איברים ומוסיפים עבור איבר יחיד.