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浏览先从简单的进行分析:
①50个不同的球分到3个不同的盒子,有多少种方法?
析:这时候是不同元素分到不同盒子里,相当于每个球都有3种选择,则总情况数=350种;
②50个相同的球分到3个不同的盒子,有多少种方法?
解析:插板法的三个条件:相同元素 分到 不同盒子 、 每个盒子至少一个
这时候满足了前两个条件,我们可以这样想,先从3个盒子中各借一个球,总共变成了53个球,因为借了需要还回去,所以最后每个盒子至少要有一个球,这样就转化为----------
53个相同的球分到3个不同的盒子,每个盒子至少一个,有多少种方法?
利用插板法,C(52 2)=1326种。
③50个相同的球分到3个相同的盒子,有多少种方法?
解析:
解法一:为了防止重复,我们分组时统一按照增序进行计数,这样就不会出现类似于1、2、47和2、1、47这样的重复情况。
第一个盒子为0个球,此时另外两个盒子共有50个球,组合方式有0+50、1+49…25+25,所以共26种;
第一个盒子为1个球,此时另外两个盒子共有49个球,组合方式有1+48、2+47…24+25,所以共24种;
第一个盒子为2个球,此时另外两个盒子共有48个球,组合方式有2+46、3+45…24+24,所以共23种;
第一个盒子为3个球,此时另外两个盒子共有47个球,组合方式有3+44、4+43…23+24,所以共21种;
第一个盒子为4个球,此时另外两个盒子共有46个球,组合方式有4+43、5+42…23+23,所以共20种;
...............
至此我们可以看到,当第一个盒子为奇数时,情况数分别为24、21、18…呈等差数列;当第一个盒子为偶数时,情况数分别为26、23、20…也呈等差数列;
我们来观察最后几种情况,
第一个盒子里为15个球,此时另外两个盒子共有35个球,组合方式有15+20、16+19、17+18三种;
第一个盒子里为16个球,此时另外两个盒子共有34个球,组合方式有16+18、17+17两种;
第一个盒子里为17个球,此时另外两个盒子共有33个球,组合方式有17+16,不符合增序,所以到此为止。
总情况数=24+21+…+3+(26+23+20…+2)=27*8/2+(28*9/2)=234种;
解法二:我们把3个盒子看做不同的话,总共有C(52 2)=1326种;不同到相同需要除以A(3 3)=6;比如说(1、 2、 47)这种分组,对于盒子不同的时候是六种,而变为盒子相同时则只有1种;但是对于(0、0、50)这种分组,对于盒子不同时候是三种,而变为盒子相同时也只有1种,所以我们对于分组时出现相同个数的情况,比如(1、1、48)这种,只需要补上3种,让其变为六种,然后就可以统一除以6进行计算。
分组出现相同个数的情况有(0、0、50)(1、1、48)(2、2、46)…(25、25、0),共26种,所以我们需要补26个3,即78,所以可得总情况数=(1326+78)/6=234种;
④50个不同的球分到3个相同的盒子,有多少种方法?
解析:我们不妨以4个不同球放三个相同盒子和5个不同球放三个相同盒子入手进行归纳总结,找出相应的规律。
4个不同球放三个相同的盒子,相当于把ABCD四个球分成三组。
(0、0、4)此时只有1种;
(0、1、3)此时有C(4 1)=4种;从ABCD中选出一个即可。
(0、2、2)此时有C(4 2)/A(2 2)=3种;AB/CD、AC/BD、AD/BC。
(1、1、2)此时有C(4 1)*C(3 1)*C(2 2)/A(2 2)=6种;A/B/CD、A/C/BD、A/D/BC、B/C/AD、B/D/AC、C/D/AB。
总情况数有1+4+3+6=14种;
如果是4个不同球放三个不同的盒子,总共34种;我们可以看到
(一)对于(0、1、3)这种情况,如果是三个相同的盒子,就有4种;如果是三个不同的盒子,需要排列,就有4*A(3 3)=24种;
(二)对于(0、2、2)这种情况,如果是三个相同的盒子,就有3种;如果是三个不同的盒子,因为两个2是不同的组合,所以还是需要排列,就有3*A(3 3)=18种;
(三)对于(1、1、2)这种情况,如果是三个相同的盒子,就有6种;如果是三个不同的盒子,因为两个1是不同的组合,所以还是需要排列,就有6*A(3 3)=36种;
(四)对于(0、0、4)这种情况,如果是三个相同的盒子,就有1种;如果是三个不同的盒子,这个时候只需要选出哪一个盒子装4个球即可,是三种;
综上,对于(一)(二)(三),我们从不同盒子变为相同盒子时,可以直接除以6,而对于(四)这种,我们需要补个3,然后再除以6,综合起来就是(34+3)/6=14种;
我们可以再以5个不同球放三个相同盒子进行检验一下。
5个不同球放三个相同盒子,相当于把ABCDE五个球分成三组。
(0、0、5)此时只有1种;
(0、1、4)此时有C(5 1)=5种;从ABCDE中选出一个即可;
(0、2、3)此时有C(5 2)=10种;AB/CDE、AC/BDE、AD/BCE、AE/BCD、BC/ADE、BD/ACE、BE/ACD、CD/ABE、CE/ABD、DE/ABC。
(1、1、3)此时有C(5 1)*C(4 1)*C(3 3)/A(2 2)=10种;A/B/CDE、A/C/BDE、A/D/BCE、A/E/BCD、B/C/ADE、B/D/ACE、B/E/ACD、C/D/ABE、C/E/ABD、D/E/ABC。
(1、2、2)此时有C(5 1)*C(4 2)*C(2 2)/A(2 2)=15种;A/BC/DE、A/BD/CE、A/BE/CD、B/AC/DE、B/AD/CE、B/AE/CD、C/AB/DE、C/AD/BE、C/AE/BD、D/AB/CE、D/AC/BE、D/AE/BC、E/AB/CD、E/AC/BD、E/AD/BC。
总情况数有1+5+10+10+15=41种=(35+3)/6,
可以看到除了(0、0、5)这种情况从不同盒子变为相同盒子时,需要补3,其余几种情况都可以直接除以6。
这个题目跟③的区别就在于③是相同的球,分组时只需考虑个数,组内不需要排列,而这个题目因为是不同的球,在分组的时候虽然个数相同,但是是由不同的球组成,所以变为不同盒子的时候,依然要乘以A(3 3)。只有在(0、0、x)这种情况中,从不同盒子变为相同盒子,不同盒子时是3种,相同盒子时是1种,所以要想跟其他分组归为一类,必须补一个3,使其也变为6种,再整体除以6即可。
至此,我们可以得出这个题的答案为(350+3)/6。
⑤50个不同的球分到3个不同的盒子,每盒至少一个,有多少种方法?
解析:在①中我们分析过,如果去掉每盒至少一个这个条件的话,是350种,我们只需要减去有空盒的情况即可,有两个空盒的情况有3种,分别是(0、0、50)(0、50、0)(50、0、0),有一个空盒的情况,先选出空盒C(3 1),相当于把50个球放到另外的两个盒子里,每个球有2种选择,共有250种,但是这时候包括了50个球都进同一个盒子的两种情况,所以要减掉。最后总情况数为350-3-C(3 1)(250-2)=350-3*250+3。
⑥50个相同的球分到3个不同的盒子,每盒至少一个,有多少种方法?
解析:相同元素 分到 不同盒子 、 每盒至少一个
插板法C(49 2)=1176种。
⑦50个相同的球分到3个相同的盒子,每盒至少一个,有多少种方法?
解析:
解法一:为了防止重复,我们分组时统一按照增序进行计数,这样就不会出现类似于1、2、47和2、1、47这样的重复情况。
第一个盒子为1个球,此时另外两个盒子共有49个球,组合方式有1+48、2+47…24+25,所以共24种;
第一个盒子为2个球,此时另外两个盒子共有48个球,组合方式有2+46、3+45…24+24,所以共23种;
第一个盒子为3个球,此时另外两个盒子共有47个球,组合方式有3+44、4+43…23+24,所以共21种;
第一个盒子为4个球,此时另外两个盒子共有46个球,组合方式有4+43、5+42…23+23,所以共20种;
...........
至此我们可以看到,当第一个盒子为奇数时,情况数分别为24、21、18…呈等差数列;当第一个盒子为偶数时,情况数分别为23、20、17…也呈等差数列;
我们来观察最后几种情况,
第一个盒子里为15个球,此时另外两个盒子共有35个球,组合方式有15+20、16+19、17+18三种;
第一个盒子里为16个球,此时另外两个盒子共有34个球,组合方式有16+18、17+17两种;
第一个盒子里为17个球,此时另外两个盒子共有33个球,组合方式有17+16,不符合增序,所以到此为止。
总情况数=24+21+…+3+(23+20+17…+2)=27*8/2+(25*8/2)=208种;
解法二:我们把3个盒子看做不同的话,总共有C(49 2)=1176种;不同到相同需要除以A(3 3)=6;比如说(1、 2、 47)这种分组,对于盒子不同的时候是六种,而变为盒子相同时则只有1种;但是对于(1、1、48)这种分组,对于盒子不同时候是三种,而变为盒子相同时也只有1种,所以我们对于分组时出现相同个数的情况,比如(1、1、48)这种,只需要补上3种,让其变为六种,然后就可以统一除以6进行计算。
分组出现相同个数的情况有(1、1、48)(2、2、46)…(24、24、2),共24种,所以我们需要补24个3,即72,所以可得总情况数=(1176+72)/6=208种;
⑧50个不同的球分到3个相同的盒子,每盒至少一个,有多少种方法?
解析:原理跟③推④类似,我们知道了50个不同的球分到3个不同的盒子,每盒至少一个,有350-3*250+3种方法,因为条件说了每盒至少一个,所以不存在(0、0、x)这种需要补3的情况,我们直接除以6即可,所以总情况数=(350-3*250+3)/6。