n个相同的球的情况
把个相同的球放入3个不同的盒子中。若限定每个盒子中的球数只能为偶数,试求放球方案数。
解:
考虑盒子的数量和球的数量的关系。要使每个盒子中的球数量为偶数,首先必须是偶数,否则方案数为零。我们设,其中为整数。
将问题转化为一个生成函数的问题。生成函数的方法在组合数学中常用于解决此类分配问题。
考虑生成函数:
这是因为每个盒子中的球数必须为偶数,所以每个盒子的生成函数为,对于3个不同的盒子,这个生成函数的立方即为:
我们需要找到这个生成函数的项的系数,因为我们设。将生成函数展开成幂级数:
其中,是二项式系数,表示从中选2的组合数。因此,系数是。
所以,方案数就是:
将代回中,即,最终得到:
因此,将个相同的球放入3个不同的盒子中,且每个盒子中的球数为偶数的方案数为:
这一结论适用于为偶数的情况,当为奇数时,方案数为零。
n个不同的球的情况
把个不同的球放入3个不同的盒子中。若限定每个盒子中的球数只能为偶数,试求放球方案数。
解:
一、当 为奇数时:
由于要求每个盒子中的球数只能为偶数,所以当为奇数时,无法满足条件,放球方案数为。
二、当为偶数时:
设,其中为整数。
我们要将这些球放入3个盒子中,每个盒子中的球数都为偶数。设三个盒子中分别放、 和 个球,其中、、均为非负整数且。
我们需要计算满足上述条件的方案数。
1.计算非负整数解的数量:
由于,非负整数解的数量为。
2.每种分配方法下的具体分配方式:
对于每个盒子中的球数,我们需要从个球里选出个球,然后再从剩下的球里选出个球,剩下的个球自动分配到第三个盒子里。因此,具体的分配方式数为组合数的乘积:
由于,我们可以化简为:
综上,将这些组合数累加起来,我们得到:
结论
- 当 为奇数时,。
- 当为偶数时,设,则放球方案数为:。