Восстановление числа вариантов при размещении предметов по ящикам: диагностика ошибок, 10 класс
Диагностика ошибок, 10 класс. До подсчёта выясните три детали: различимы ли сами предметы; различимы ли ящики; разрешены ли пустые ящики. Ответы могут различаться в десятки раз. Например, три разных значка, помещаемые в два подписанных ящика без ограничения вместимости, дают 2³=8 размещений. Но три одинаковых шарика в два подписанных ящика дают четыре распределения количеств: (0,3), (1,2), (2,1), (3,0).
Содержание статьи4 раздела
Исправьте пять ошибочных рассуждений
- Четыре разных сувенира раскладывают по трём подписанным ящикам; пустые допустимы. Ученик получил 3·4=12.
- Пять одинаковых шариков распределяют по двум подписанным коробкам; пустые возможны. Ученик написал 2⁵=32.
- Три разных жетона распределяют по двум подписанным ящикам так, чтобы оба были непустыми. Ученик посчитал 2³=8.
- Четыре разных открытки кладут в две неподписанные коробки; обе должны быть непусты. Ученик получил 2⁴−2=14.
- Четыре одинаковые фишки раскладывают по трём подписанным коробкам, все должны быть непусты. Ученик получил C(6,2)=15.
Первичная проверка
- 1. 81: каждому из четырёх разных предметов независимо доступно 3 ящика, то есть 3⁴.
- 2. 6: число решений x₁+x₂=5 в неотрицательных целых — 6; одинаковые шарики не дают 32 самостоятельных назначений.
- 3. 6: исключаем два распределения, в которых весь набор оказался в одном из ящиков; 8−2.
- 4. 7: из 14 распределений по подписанным коробкам каждый способ без подписей посчитан дважды (обмен коробок); 14/2=7.
- 5. 3: решения x₁+x₂+x₃=4 при xᵢ≥1; после отложения по одному остаётся 1 одинаковая фишка на три ящика.
Самостоятельные случаи: найдите способ и объясните модель
- Пять разных карандашей кладут в два подписанных пенала; пустые пеналы допустимы. Сколько вариантов?
- Пять одинаковых кубиков раскладывают в три подписанных ящика; пустые ящики разрешены. Сколько распределений?
- Три разных мяча распределяют по трём подписанным корзинам так, чтобы каждая получила хотя бы один мяч. Сколько способов?
- Четыре разных книги распределяют между двумя подписанными полками поровну — по две книги на каждую.
- Четыре одинаковые монеты раскладывают по двум неподписанным коробкам, пустые допустимы. Сколько разных наборов заполненности?
- Четыре разных предмета распределяют по двум неподписанным коробкам, обе непусты. Сколько вариантов?
- Три разных предмета раскладывают по трём подписанным ящикам: ровно один ящик остаётся пустым. Сколько способов?
- Четыре одинаковых шара помещают в три подписанных ящика: ровно один из них пустой. Сколько способов?
- Пять разных значков распределяют в два подписанных ящика; первый обязан содержать ровно два. Сколько размещений?
- Четыре разных предмета раскладывают по трём подписанным ящикам; первый должен получить хотя бы один. Сколько способов?
Ответы с разъяснением подсчёта
- 6. 32 = 2⁵: предметы разные, пеналы подписаны, каждый выбирает один из двух.
- 7. 21 = C(5+3−1,3−1)=C(7,2): неотрицательные целые решения x₁+x₂+x₃=5.
- 8. 6 = 3!: по одному мячу в каждую корзину (их тоже три).
- 9. 6 = C(4,2): выбираем две книги для первой полки, остальные автоматически идут на вторую.
- 10. 3: заполнения без подписей (4,0), (3,1), (2,2).
- 11. 7: (2⁴−2)/2; перестановка названий коробок ничего не меняет.
- 12. 18: выбрать пустой ящик 3 способами, затем распределить мячи в оставшиеся два без пустоты 2³−2=6; 3·6.
- 13. 9: выбрать единственный пустой ящик (3), а по двум другим распределить четыре одинаковых шара положительно (3).
- 14. 10: выбрать из пяти ровно два для первого ящика C(5,2).
- 15. 65: из всех 3⁴=81 исключить 2⁴=16 размещений без предметов в первом ящике.
Проверка на повторный счёт особенно важна для неподписанных ящиков. Например, при четырёх разных предметах и двух непустых коробках обмен содержимым между «первой» и «второй» коробками ничего не меняет, если эти названия не существуют в условии. Здесь деление на 2 законно, потому что обе коробки непустые и содержимое различается; пустых коробок в паре нет. Но для трёх одинаковых ящиков деление на 3! без проверки симметрий уже может давать ошибку.
В задаче с одинаковыми предметами и подписанными ящиками полезнее записать уравнение x₁+···+xk=n. Для непустых ящиков каждое xᵢ≥1; для допускающих пустоту — xᵢ≥0. Это снимает путаницу между количеством предметов и количеством последовательных выборов. В задаче 13, например, недопустимо «назначить» каждый одинаковый шар одному из ящиков как отдельный объект — один и тот же итог попадёт в счёт много раз.
Сравнение двух моделей на одних и тех же числах даёт хорошую самопроверку. Если есть четыре различных письма и два подписанных ящика, допускающих пустоту, получится 2⁴=16 вариантов. Если же письма неотличимы друг от друга, результат определяется только тем, сколько писем лежит в первом ящике: возможны значения 0, 1, 2, 3, 4, всего пять. Изменение ответа объясняется различимостью предметов, а не просто выбором другой формулы.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
