很久没有认真做过一道数学题了,今天就先拿概率论下下手,把之前的伯努利欧拉错装信封问题做一遍。
题目:某人写了n封信,并在n个信封上写下了对应的地址和收信人姓名,把所有的信笺装错的情况有多少种? 为了表示方便我设信笺为a1,a2,a3,…,an对应的信封为A1,A2,…,An,伯努利欧拉错装信封问题等价于:“求n个不同元素a1,a2,a3,…,an分别不能在A1,A2,A3,…,An的排列数。 解法一:综合递推公式的求解方案 设n个不同元素a1,a2,a3,…,an分别不能在n个位置A1,A2,A3,…,An的排列数位u(n)。先考虑a1在A2位置,同时a2在A1位置的所有请款作为一组,把a1在A2位置而a2不在A1位置的所有情况作为第二组。 第一组情况的排列数为u(n-2)种。 第二组:因a1在A2位置,而a2不在A1位置,当然a3不在A3位置,a4不在A4位置,…an不在An位置,问题就归结到求n-1个元素分别不在n-1个位置的排列数问题,因而第二种排列数为u(n-1),那么a1在A2位置的排列数为u(n-1)+u(n-2)。 同理:a1在A3位置,a1在A4位置,…,a1在An位置所得的排列数都与a1在A2位置时的排列数相同。 所以:u(n)=(n-1)(u(n-1)+u(n-2));求此递推方程即得到所需结果。 下面来求解此递推方程(这是很简单的数列求解问题了,为了求解详细,都说说)。 将递推公式化为: U(n)-n*U(n-1)=-[U(n-1)-(n-1)*U(n-2)] 到这里我们都知道怎么解了 下边分别n=3,4,5,…,n得 U(3)- 3*U(2)=-[U(2)-2*U(1)] U(4)- 4*U(3)=-[U(3)-3*U(2)] U(5)- 5*U(4)=-[U(4)-4*U(3)] …… U(n)- n*U(n-1)=-[U(n-1)-(n-1)*U(n-2)] 下边该怎么办呢,不要想着加,加就完了,稍微观察一下就知道要用乘,把所有式子乘起来,得到 U(n)- n*U(n-1)=(-1)^(n-2)([U(2)-2*U(1)] 又u(1)=0,u(2)=1,(-1)^(n-2)=(-1)^n 所以U(n)- n*U(n-1)=(-1)^n 下面用n!去除上式有 U(n)/(n!)- U(n-1)/(n-1)!=(-1)^n/(n!) 在分别n=2,3,4,…,n得 U(2)/(2!)- U(1)/(1)!=1/(2!) U(3)/(3!)- U(2)/(2)!=(-1)/(3!) U(4)/(4!)- U(3)/(3)!=1/(4!) …… U(n)/(n!)- U(n-1)/(n-1)!=(-1)^n/(n!) 把这(n-1)个等式相加,u(1)=0 得U(n)/(n!)=1/(2!)-1/(3!)+1/(4!)-…+(-1)^n/(n!) 即U(n)=n![1/(2!)-1/(3!)+1/(4!)-…+(-1)^n/(n!)] 解法二:组合方法的求解方案 总的排列数有n!种,有一个封信装对,其它乱排有C(n,1)*(n-1)!种,有两封新装对,其它乱排有C(n,2)*(n-2)!,……,以此类推,n封都装对有C(n,n)*(n-n)!种,根据抽屉原理,总的排列数为n!- C(n,1)*(n-1)!+ C(n,2)*(n-2)!+…+(-1)^n C(n,n)*(n-n)!= n![1/(2!)-1/(3!)+1/(4!)-…+(-1)^n/(n!)] 解法三:概率论第一章的性质1.4.5的公式,求解过程就是解法二的求解过程,只不过公式化了,其实性质1.4.5就是抽屉原理的一部分。 解法四:直接给出递推公式,愿意想的想一下 当n为奇数时U(n)=n*U(n-1)-1 当n为偶数时U(n)=n*U(n-1)+1 解法五:暂时没时间写,预知解法,待有时间再分解。 问题的一个小推广 把1,2,3,…,2n随机地排到第1号,第2号,……,第2n号,规定1不能放在1号,3不能放在3号,……,2n-1不能放入第2n-1号,第1号,第2号,……,第2n号放入的数分别记为a1,a2,a3,…,a2n,并且满足a1<a3<a5<…<a(2n-1),则有多少种不同的放法? 最后答案是Catalan数乘以n!种,求解过程待有时间再分析。