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求解仅学生<span class="math-container">$S_1$</span>回到原座位其余学生均错位排列的概率问题

求解仅学生$S_1$回到原座位其余学生均错位排列的概率问题

嘿,我来一步步帮你拆解这个概率问题~

首先,我们先明确总共有多少种可能的座位分配方式:5个学生随机坐5个座位,这是全排列问题,总共有 5! = 120 种不同的排列,这个数会作为计算概率的分母。

接下来重点找符合要求的排列数:也就是只有$S_1$坐在自己原本的$R_1$座位上,剩下的$S_2、S_3、S_4、S_5$都不能坐自己原来的座位。这种情况其实就是求4个元素的错位排列数(错位排列的定义就是每个元素都不在它初始的位置上)。

那怎么计算4个元素的错位排列数呢?这里有两种常用方法:

  • 递推法:我们记错位排列数为!n(读作“n的错位排列”),先明确基础值:
    • !1 = 0(只有1个元素,没法错位)
    • !2 = 1(两个元素只能交换位置)
      递推公式是 !n = (n-1) * (!(n-1) + !(n-2)),代入计算:
      • !3 = (3-1)(!2 + !1) = 2(1+0) = 2
      • !4 = (4-1)(!3 + !2) = 3(2+1) = 9
  • 通项公式法:直接用公式计算:
    !n = n! * (1 - 1/1! + 1/2! - 1/3! + ... + (-1)^n /n!)
    代入n=4:
    !4 = 4! * (1 - 1/1! + 1/2! - 1/3! + 1/4!) = 24*(1 - 1 + 0.5 - 1/6 + 1/24) = 9

两种方法算出来都是9,也就是说符合条件的排列有9种。

最后计算概率:符合条件的排列数 ÷ 总排列数 = 9/120 = 3/40(或者写成小数0.075)。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Dhruv Sabraj

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