一个柜子里有n双不同型号的鞋子,现从其中随意拿取2r只(2rleqslant n),求下列事件的概率:(1)没有一双配对;(2)恰有一双配对;(3)恰有两双配对;(4)恰有r双配对.
一个柜子里有$n$双不同型号的鞋子,现从其中随意拿取$2r$只$\left(2r\leqslant n\right)$,求下列事件的概率:
$\left(1\right)$没有一双配对;
$\left(2\right)$恰有一双配对;
$\left(3\right)$恰有两双配对;
$\left(4\right)$恰有$r$双配对.
题目解答
答案
【解析】
由于$2r\leqslant n$,$\therefore r\lt n$,
总的事件数为${C}_{2n}^{2r}$,
$\left(1\right)$ 设没有一双配对的概率为${P}_{1}$,没有一双配对,等价于从$n$只鞋子中选择$2r$只鞋子,
$\therefore {P}_{1}=\dfrac{{C}_{n}^{2r}}{{C}_{2n}^{2r}}=\dfrac{\frac{n!}{\left(2r\right)!\left(n-2r\right)!}}{\frac{\left(2n\right)!}{\left(2r\right)!\left(2n-2r\right)!}}=\frac{n!}{\left(2r\right)!\left(n-2r\right)!}\cdot \dfrac{\left(2r\right)!\left(2n-2r\right)!}{\left(2n\right)!}$
$=\frac{{2}^{n-r}n!\left(n-r\right)!}{\left(n-2r\right)!\left(2n\right)!}$;
$\left(2\right)$ 设恰有一双配对的概率为${P}_{2}$,恰有一双配对,等价于从$n$双鞋子中任选一双,再从$n-1$只鞋子中选择$2r-2$只鞋子,
$\therefore {P}_{2}=\dfrac{{C}_{n}^{1}\cdot {C}_{n-1}^{2r-2}}{{C}_{2n}^{2r}}=\dfrac{n\cdot {\displaystyle \dfrac{\left(n-1\right)!}{\left(2r-2\right)!\left(n-1-2r+2\right)!}}}{{\displaystyle \dfrac{\left(2n\right)!}{\left(2r\right)!}}}$
$=n\cdot \dfrac{\left(n-1\right)!}{\left(2r-2\right)!\left(n-1-2r+2\right)!}\cdot \dfrac{\left(2r\right)!}{{\displaystyle \left(2n\right)!}}$
$=\dfrac{\left(2r\right)!\cdot \left(2r-1\right)}{\left(2n\right)!}$;
$\left(3\right)$ 设恰有两双配对的概率为${P}_{3}$,恰有两双配对,等价于从$n$双鞋子中任选两双,再从$n-2$只鞋子中选择$2r-4$只鞋子,
$\therefore {P}_{3}=\dfrac{{C}_{n}^{2}\cdot {C}_{n-2}^{2r-4}}{{C}_{2n}^{2r}}=\dfrac{\dfrac{n\left(n-1\right)}{2}\cdot {\displaystyle \dfrac{\left(n-2\right)!}{\left(2r-4\right)!\left(n-2-2r+4\right)!}}}{\dfrac{\left(2n\right)!}{\left(2r\right)!}}$
$=\left(r-1\right)\left(2r-3\right)\cdot \dfrac{{\displaystyle \left(2r\right)!}}{\left(2n\right)!}$;
$\left(4\right)$ 设恰有$r$双配对的概率为${P}_{4}$,恰有$r$双配对,等价于从$n$只鞋子中选择$r$只鞋子,
$\therefore {P}_{4}=\dfrac{{C}_{n}^{r}}{{C}_{2n}^{2r}}=\dfrac{n!}{r!\left(n-r\right)!}\cdot \dfrac{\left(2r\right)!\left(2n-2r\right)!}{\left(2n\right)!}$
$=\dfrac{\left(2r\right)!\left(2n-2r\right)!n!}{\left(2n\right)!r!\left(n-r\right)!}$.
解析
总的事件数是从$2n$只鞋子中选择$2r$只,即${C}_{2n}^{2r}$。
步骤 2:计算没有一双配对的概率
没有一双配对,等价于从$n$双鞋子中选择$2r$只鞋子,即${C}_{n}^{2r}$。因此,没有一双配对的概率为${P}_{1}=\dfrac{{C}_{n}^{2r}}{{C}_{2n}^{2r}}$。
步骤 3:计算恰有一双配对的概率
恰有一双配对,等价于从$n$双鞋子中任选一双,再从$n-1$双鞋子中选择$2r-2$只鞋子,即${C}_{n}^{1}\cdot {C}_{n-1}^{2r-2}$。因此,恰有一双配对的概率为${P}_{2}=\dfrac{{C}_{n}^{1}\cdot {C}_{n-1}^{2r-2}}{{C}_{2n}^{2r}}$。
步骤 4:计算恰有两双配对的概率
恰有两双配对,等价于从$n$双鞋子中任选两双,再从$n-2$双鞋子中选择$2r-4$只鞋子,即${C}_{n}^{2}\cdot {C}_{n-2}^{2r-4}$。因此,恰有两双配对的概率为${P}_{3}=\dfrac{{C}_{n}^{2}\cdot {C}_{n-2}^{2r-4}}{{C}_{2n}^{2r}}$。
步骤 5:计算恰有$r$双配对的概率
恰有$r$双配对,等价于从$n$双鞋子中选择$r$双,即${C}_{n}^{r}$。因此,恰有$r$双配对的概率为${P}_{4}=\dfrac{{C}_{n}^{r}}{{C}_{2n}^{2r}}$。