例题一|同样的球,两种条件
8 个相同小球分给甲、乙、丙三个不同盒子,盒内顺序不计。分别求每盒至少一个、允许空盒时的分法数。
- 每盒至少一个。8 个球有 7 个内部空隙。从中选 2 个不同空隙放隔板,三段都非空。
- 计算。C(7,2)=7×6÷2=21 种。
- 允许空盒。把 8 个球和 2 块隔板排成 10 个符号位置,选 2 个位置放隔板,其余位置放球。
- 计算并检查。C(10,2)=10×9÷2=45 种。允许空盒扩大了范围,45 大于 21,符合条件变化。
排列组合 · 方法讲解
把分配,变成选位置。
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8 个相同小球,分给甲、乙、丙 3 个不同盒子。
只改一个条件:每盒至少一个,还是允许空盒?
甲盒2
乙盒3
丙盒3
选的是球之间的空隙
21种
C(7, 2) = 21
隔板只插在内部不同空隙,三段就都有球。
允许空盒时,隔板可以在两端,也可以相邻。只在 7 个内部空隙中选,会漏掉这些分法。此时应把 8 个球 + 2 块隔板一起看作 10 个符号位置。
理解有序数量组,以及组合数 C(a,b):从 a 个不同位置中选 b 个,不计选取顺序。例如 C(7,2)=7×6÷2=21;除以 2 是因为同一对位置被先后数了两次。
本页不预设年级或机构课程体系;先掌握基础对应,再学习下限变式。
n 个相同物品,分给 k 个不同盒子;需要 k − 1 块隔板。
每种分配都可写成有序数量组 (a,b,c),三项依次属于甲、乙、丙。把 a 个球、隔板、b 个球、隔板、c 个球依次排好,就得到唯一的符号串。反过来,数出每段的球数,就能还原原来的数量组。
例如 (2,3,3) 对应“●●|●●●|●●●”。隔板不贴标签,不能交换两块隔板再算一次;三段从左到右的次序已经区分了盒子。
至少一个时,只能在不同内部空隙插板;允许零时,相邻隔板或两端隔板表示空盒。两种规则分别覆盖各自的全部分法。
C(n − 1, k − 1)
从 n − 1 个内部空隙中,选 k − 1 个。
前提:n ≥ k ≥ 1;n < k 时为 0 种。
C(n + k − 1, k − 1)
从 n + k − 1 个符号位置中,选隔板的位置。
前提:n ≥ 0,k ≥ 1。
n、k 均取整数。C(a,b) 表示从 a 个不同位置中选 b 个,不考虑选取顺序。物品可区分、盒子不可区分或每盒有容量上限时,需要另行分析。
8 个相同小球分给甲、乙、丙三个不同盒子,盒内顺序不计。分别求每盒至少一个、允许空盒时的分法数。
10 个相同小球分给甲、乙、丙三个不同盒子,盒内顺序不计。甲至少 2 个、乙至少 1 个、丙至少 3 个,有多少种分法?
6 个相同小球分给 3 个不同盒子,允许空盒。有多少种分法?
6 个球加 2 块隔板,共 8 个符号位置。选 2 个位置放隔板:C(8,2)=8×7÷2=28 种。C(5,2)=10 对应每盒至少一个;3⁶ 则把球当成了可区分物品。
9 个相同小球分给甲、乙、丙三个不同盒子,盒内顺序不计,每盒至少 2 个。有多少种分法?
先各放 2 个,剩下 9−3×2=3 个,允许任意盒子分到零个余量。分法数为 C(3+3−1,3−1)=C(5,2)=10 种。每种余量分配加回每盒预留的 2 个,唯一对应一种原分配。
解题顺序:检查物品与盒子 → 处理最低数量 → 判断是否允许零 → 建立对应 → 选择位置并计算。
边界:只有一个盒子时,只要条件允许就有 1 种;没有球且允许空盒时有 1 种(全部为空)。每盒至少一个且 n<k 时为 0 种;n=k=1 时也有 1 种,对应 C(0,0)=1。
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八个相同的小球,分给甲、乙、丙三个不同的盒子。如果每盒至少一个,有多少种分法?
先把小球排成一行,插入两块隔板。三段依次属于甲、乙、丙。比如二、三、三,就是一种分法。
八个球之间,只有七个内部空隙。选择两个不同的空隙插入隔板,就能保证三盒都不为空。
每组隔板位置,对应唯一一种分配;每种分配,也能还原唯一的位置。所以七选二,共二十一种。
如果允许空盒呢?隔板可以放在最左或最右,也可以紧挨着。没有小球的那一段,就代表空盒。
现在改数整串的符号位置:八个球,加两块隔板,一共十个位置。选出两个放隔板,十选二,共四十五种。
推广到 n 个相同物品、k 个不同盒子:至少一个,C(n−1, k−1);允许为空,C(n+k−1, k−1)。
隔板法的关键,是把分配变成选位置。使用前先问:物品相同吗?盒子可区分吗?每盒允许为零吗?