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全錯位排列 配對概率問題

全錯位排列 
 
先看下面例子:
例1    5個人站成一排,其中甲不站第一位,乙不站第二位,共有多少種不同的站法。
這個問題在高中很多參考書上都有,有幾種解法,其中一解法是用排除法:
先考慮5個有的全排列,有A55種不同的排法,然後除去甲排第一(有A44種)與乙排第二(也有A44種),但兩種又有重複部分,因此多減,必須加上多減部分,這樣得到共有:A55-2A44+A33=78種。

現在考慮:
例2    5個人站成一排,其中甲不站第一位,乙不站第二位,丙不站第三位,共有多少種不同的站法。
仿上分析可得:A55-3A44+3A33-A22=64種
這與全錯位排列很相似。
全錯位排列——即n個元素全部都不在相應位置的排列。看下面的問題

例3    5個人站成一排,其中A不站第一位,B不站第二位,C不站第三位,D不站第四位,E不站第五位,共有多少種不同的站法。
解析:上面例1,例2實際上可以看成n個不同元素中有m(m≤n)不排在相應位置。

公式一:n個不同元素排成一排,有m個元素(m≤n)不排在相應位置的排列種數共有:Ann-C(m,1)?A(n-1,n-1)+C(m,2)?A(n-2,n-2)+……+(-1)^m?C(m,m)?A(n-m,n-m)
這個公式在n=m時亦成立
從而這個問題可能用上面的公式得出:
A55-C(5,1)?A44+C(5,2)?A33-C(5,3)?A22+C(5,4)?A11-C(5,5)?A00=44種
(注意A00=0!=1)

再看1993年高考題:
同室四人各寫一張賀年卡,先集中起來。然後每人從中拿一張別人送出的賀年卡。則四張賀年卡不同的分配方式有
(A)6種       (B)9種        (C)11種      (D)23種
解析:由上面公式得:
A44-C(4,1)?A33+C(4,2)?A22-C(4,3)?A11+C(4,4)?A00=9種,∴選擇B答案

因此可得到全錯位排列的公式:
n個不同元素排成一排,第一個元素不在第一位,第二個元素不在第二位,……,第n個元素不在第n位的排列數為:
Ann-C(n,1)?A(n-1,n-1)+C(n,2)?A(n-2,n-2)+……+(-1)^n?C(n,n)?A(n-n,n-n)

這實際上是公式一的特殊情況。這個公式很有用,只要有特殊元素不站特殊位置的問題,都可以用這個公式很快得到解決,希望這個公式對大家有所幫助。