题目
3.将n只球随机地放入N(N≥n)个盒子中去,试求每个盒子至多有一个球的概率(设盒子的容量不限).
3.将n只球随机地放入N(N≥n)个盒子中去,试求每个盒子至多有一个球的概率(设盒子的容量不限).
题目解答
答案
将 $ n $ 只球随机放入 $ N $ 个盒子($ N \ge n $),总放法数为 $ N^n $。
每个盒子至多有一球的放法数为从 $ N $ 个盒子中选 $ n $ 个并排列球,即 $ N(N-1)\cdots(N-n+1) $ 或 $ \frac{N!}{(N-n)!} $。
所求概率为:
\[
P = \frac{N(N-1)\cdots(N-n+1)}{N^n} = \frac{N!}{(N-n)!N^n}
\]
**答案:**
\[
\boxed{\frac{N(N-1)\cdots(N-n+1)}{N^n}}
\]
或
\[
\boxed{\frac{N!}{(N-n)!N^n}}
\]
解析
考查要点:本题主要考查排列组合的基本原理以及概率计算的能力,需要理解“每个盒子至多一个球”的条件限制,并正确计算符合条件的放法数。
解题核心思路:
- 确定总放法数:每个球有$N$个盒子可选,独立放置,总放法为$N^n$。
- 确定符合条件的放法数:将$n$个球放入不同盒子,等价于从$N$个盒子中选$n$个并排列,即排列数$P(N,n)=\frac{N!}{(N-n)!}$。
- 概率公式:概率为符合条件的放法数除以总放法数。
破题关键点:
- 区分排列与组合:本题中球是有区别的(不同球放入不同盒),因此需要考虑排列而非组合。
- 正确应用乘法原理:每个球依次放入不同盒子时,可用盒子数量递减。
总放法数:
每个球有$N$种选择,$n$个球的总放法为:
$N \times N \times \cdots \times N = N^n$
符合条件的放法数:
要求每个盒子至多一个球,即$n$个球必须放入不同的盒子。
- 选择盒子:从$N$个盒子中选择$n$个,有$\binom{N}{n}$种方法。
- 排列球:将$n$个球放入选中的盒子,有$n!$种排列方式。
因此,总放法数为:
$\binom{N}{n} \times n! = \frac{N!}{(N-n)!}$
概率计算:
概率为符合条件的放法数除以总放法数:
$P = \frac{\frac{N!}{(N-n)!}}{N^n} = \frac{N(N-1)\cdots(N-n+1)}{N^n}$