錯位重排

錯位重排

錯位重排是指一種比較難理解的複雜數學模型,是伯努利和歐拉在錯裝信封時發現的,因此又稱伯努利-歐拉裝錯信封問題。

簡介

表述為:編號是1、2、…、n的n封信,裝入編號為1、2、…、n的n個信封,要求每封信和信封的編號不同,問有多少種裝法?
對這類問題有個固定的遞推公式,記n封信的錯位重排數為Dn,則D1=0,D2=1,
Dn=(n-1)(Dn-2+Dn-1) 此處n-2、n-1為下標。

n>2

我們只需記住Dn的前幾項:D1=0,D2=1,D3=2,D4=9,D5=44。我們只需要記住結論,進行計算就可以。

【例】五個盒子都貼了標籤,全部貼錯的可能性有多少種?

即全貼錯標籤,N個項數全部排錯的可能數,可以總結出數列:

0,1,2,9,44,265,………

可以得到這樣一個遞推公式:(N-1)*(A+B)=C (A是第一項,B是第二項,C是第三項,N是項數)

s(n)=(n-1) [ s(n-1)+s(n-2)]

s(2)=1,s(3)=2

s(4)=3*(1+2)=9

s(5)=4*(2+9)=44

s(6)=5*(9+44)=265 ....................

公式由來 把編號 1-------------n的小球放到編號1------n的盒子裡,全錯位排列(1號球不在1號盒,2號球不在2號盒,依次類推),共有幾種情況?

------------------------------------------------------

設n個球全放錯的情況有 s(n)種

1號盒子可以選[2,n] 共(n-1)種選擇,設1號盒選擇某號球後對應的錯排次數是 a

(n-1)個選擇對應的錯排次數是相同的 ,則 s(n)=(n-1)a

不妨設1號盒選擇2號球

1: 2號盒選擇1號球,剩下 (n-2)個球去錯排,有 s(n-2)種情況

2: 2號盒不選擇1號球,則後面總有一個盒子選擇1號球,我們可以把1號球換成2號球,

對問題沒有影響,此時就相當於對(n-1)個球去錯排,有s(n-1)種情況

於是a= s(n-1)+s(n-2)

s(n)=(n-1) [ s(n-1)+s(n-2)]

s(2)=1,s(3)=2

s(4)=3*(1+2)=9

s(5)=4*(2+9)=44

s(6)=5*(9+44)=265 ....................

【例題】四位廚師聚餐時各做了一道拿手菜。現在要求每人去品嘗一道菜,但不能嘗自己做的那道菜。問共有幾種不同的嘗法?
A.6種 B.9種 C.12種 D.15種

根據4位廚師的錯位重排數D4=9,所以由公式可以看出是有9種。

通項公式

已經D1=0,D2=1,Dn=(n-1)(Dn-2+Dn-1),求Dn。

Dn = (n-1)Dn-1 + (n-1)Dn-2

Dn-nDn-1 = -[Dn-1 - (n-1)Dn-2]=(-1)^2*[Dn-2 - (n-2)Dn-3]=...(-1)^(n-2)*(D2-2D1)

設Dn-nDn-1=Cn

Cn=(-1)^(n-2)*1=(-1)^n

則 Dn = (-1)^n + nDn-1

兩邊同除(-1)^n

錯位重排 錯位重排

設Dn/(-1)^n=Bn

Bn = 1 - nBn

兩邊同除n!

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設Bn/n!=An

An+An-1=1/n!..................(1)

An-1+An-2=1/(n-1)!.........(2)

............

A2+A1=1/2!......................(n-1)

A1+D1=0..........................(n)

(1)-(2)+(3)..............(n)得

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