In this paper, we will review two fundamental counting methods: inclusionexclusion and pigeonhole principles. The inclusion-exclusion principle considers the elements of the sets satisfied some conditions, and avoids repeat counting by disjoint sets. We also use the inclusion-exclusion principle to solve the problems of Euler phi function and the number of onto functions in number theory, and derangement and the number of nonnegative integer solutions of equations in combinatorics. We derive the closed-form formula to those problems. For the forbidden positions problems, we use the rook polynomials to simplify the counting process. We also show the form of the inclusion-exclusion principle in probability, and use it to solve some probability problems. The pigeonhole principle is an easy concept. We can establish some sets and use the pigeonhole principle to discuss the extreme value about the number of elements. Choose the pigeons and pigeonholes, properly, and solve problems by the concept of the pigeonhole principle. We also introduce the Ramsey theorem which is an important application of the pigeonhole principle. This theorem provides a method to solve problems by complete graph. Finally, we give some contest problems about the inclusion-exclusion and pigeonhole principles to show how those principles are used.

This thesis deals with enumerative combinatorics applied to three different objects related to partition shapes, namely tableaux, restricted words, and Bruhat intervals. The main scientific contributions are the following. Paper I: Let the sign of a standard Young tableau be the sign of the permutation you get by reading it row by row from left to right, like a book. A conjecture by Richard Stanley says that the sum of the signs of all SYTs with n squares is 2^[n/2]. We prove a generalisation of this conjecture using the Robinson-Schensted correspondence and a new concept called chess tableaux. The proof is built on a remarkably simple relation between the sign of a permutation pi and the signs of its RS-corresponding tableaux P and Q, namely sgn(pi) = (−1)^v sgn(P)sgn(Q), where v is the number of disjoint vertical dominoes that fit in the partition shape of P and Q. The sign-imbalance of a partition shape is defined as the sum of the signs of all standard Young tableaux of that shape. As a further application of the sign-transferring formula above, we also prove a sharpening of another conjecture by Stanley concerning weighted sums of squares of sign-imbalances. Paper II: We generalise some of the results in paper I to skew tableaux. More precisely, we examine how the sign property is transferred by the skew Robinson-Schensted correspondence invented by Sagan and Stanley. The result is a surprisingly simple generalisation of the ordinary non-skew formula above. As an application, we find vanishing weighted sums of squares of sign-imbalances, thereby generalising a variant of Stanley’s second conjecture. Paper III: The following special case of a conjecture by Loehr and Warrington was proved by Ekhad, Vatter, and Zeilberger: There are 10^n zero-sum words of length 5n in the alphabet {+3,−2} such that no consecutive subword begins with +3, ends with −2, and sums to −2. We give a simple bijective proof of the conjecture in its original and more general setting where 3 and 2 are replaced by any relatively prime positive integers a and b, 10^n is replaced by ((a+b) choose a)^n, and 5n is replaced by (a+b)n. To do this we reformulate the problem in terms of cylindrical lattice walks which can be interpreted as the south-east border of certain partition shapes. Paper IV: We characterise the permutations pi such that the elements in the closed lower Bruhat interval [id,pi] of the symmetric group correspond to non-capturing rook configurations on a skew Ferrers board. These intervals turn out to be exactly those whose flag manifolds are defined by inclusions, as defined by Gasharov and Reiner. The characterisation connects Poincaré polynomials (rank-generating functions) of Bruhat intervals with q-rook polynomials, and we are able to compute the Poincaré polynomial of some particularly interesting intervals in the finite Weyl groups A_n and B_n. The expressions involve q-Stirling numbers of the second kind, and for the group A_n putting q = 1 yields the poly-Bernoulli numbers defined by Kaneko. / Ämnet för denna avhandling är enumerativ kombinatorik tillämpad på tre olika objekt med anknytning till partitionsformer, nämligen tablåer, begränsade ord och bruhatintervall. Dom viktigaste vetenskapliga bidragen är följande. Artikel I: Låt tecknet av en standardtablå vara tecknet hos permutationen man får om man läser tablån rad för rad från vänster till höger, som en bok. En förmodan av Richard Stanley säjer att teckensumman av alla standardtablåer med n rutor är 2^[n/2]. Vi visar en generalisering av denna förmodan med hjälp av Robinson-Schensted-korrespondensen och ett nytt begrepp som vi kallar schacktablåer. Beviset bygger på ett anmärkningsvärt enkelt samband mellan tecknet hos en permutation pi och tecknen hos dess RS-motsvarande tablåer P och Q, nämligen sgn(pi)=(-1)^v sgn(P)sgn(Q), där v är antalet disjunkta vertikala dominobrickor som får plats i partitionsformen hos P och Q. Teckenobalansen hos en partitionsform definieras som teckensumman av alla standardtablåer av den formen. Som en ytterligare tillämpning av formeln för teckenöverföring ovan bevisar vi också en starkare variant av en annan förmodan av Stanley som handlar om viktade summor av kvadrerade teckenobalanser. Artikel II: Vi generaliserar några av resultaten i artikel I till skeva tablåer. Närmare bestämt undersöker vi hur teckenegenskapen överförs av Sagan och Stanleys skeva Robinson-Schensted-korrespondens. Resultatet är en förvånansvärt enkel generalisering av den vanliga ickeskeva formeln ovan. Som en tillämpning visar vi att vissa viktade summor av kvadrerade teckenobalanser blir noll, vilket leder till en generalisering av en variant av Stanleys andra förmodan. Artikel III: Följande specialfall av en förmodan av Loehr och Warrington bevisades av Ekhad, Vatter och Zeilberger: Det finns 10^n ord med summan noll av längd 5n i alfabetet {+3,-2} sådana att inget sammanhängande delord börjar med +3, slutar med -2 och har summan -2. Vi ger ett enkelt bevis för denna förmodan i dess ursprungliga allmännare utförande där 3 och 2 byts ut mot vilka som helst relativt prima positiva heltal a och b, 10^n byts ut mot ((a+b) över a)^n och 5n mot (a+b)n. För att göra detta formulerar vi problemet i termer av cylindriska latticestigar som kan tolkas som den sydöstra gränslinjen för vissa partitionsformer. Artikel IV: Vi karakteriserar dom permutationer pi sådana att elementen i det slutna bruhatintervallet [id,pi] i symmetriska gruppen motsvarar ickeslående tornplaceringar på ett skevt ferrersbräde. Dessa intervall visar sej vara precis dom vars flaggmångfalder är definierade av inklusioner, ett begrepp introducerat av Gasharov och Reiner. Karakteriseringen skapar en länk mellan poincarépolynom (ranggenererande funktioner) för bruhatintervall och q-tornpolynom, och vi kan beräkna poincarépolynomet för några särskilt intressanta intervall i dom ändliga weylgrupperna A_n och B_n. Uttrycken innehåller q-stirlingtal av andra sorten, och sätter man q=1 för grupp A_n så får man Kanekos poly-bernoullital. / QC 20100818