本题导读
本题考查排列组合与计数原理,以及均匀分组与不均匀分组问题。
📌【题干】
Question
(2004年全国卷III(理)) 将 4 名教师分配到 3 所中学任教,每所中学至少 1 名,则不同的分配方案共有 ()
A. 12 种 B. 24 种 C. 36 种 D. 48 种
🔍【思路分析】
破题导航
- 分析分组指标特征:4 名不同的教师分配到 3 所不同的中学,且每所中学至少分配 1 名教师。根据整数拆分原理,将 4 拆分为 3 个正整数的和,唯一合理的拆分结构为: 。
- 第段(组合分组):从 4 人中挑出 2 人捆绑作为一个复合元素,剩下 2 人各自独立,此时 4 人被划分成三个独立教师组,其分组的人数规约分别是 2人、1人、1人。由于存在两个人数相同(均为 1 人)的组,计算时需注意消除相同元素组的内部无序性。
- 第二阶段(全排列分配):将分好的 3 个教师组,全排列分配到 3 所不同的中学中,对应排法为 。两阶段计数依据分步乘法原理相乘。
✅【答案】
Success
C
✍【详细解析】
Abstract
根据题目要求,4 名教师分配到 3 所中学,每所中学至少 1 名。 由于教师人数为 4,学校数为 3,由抽屉原理可知,必然有且仅有一所学校分配到 2 名教师,其余两所学校各分配 1 名教师。
采用“先分组,后分配”的策略进行计算:
第一步:将 4 名教师分成三组,人数分别为 2, 1, 1 先从 4 名教师中随机选出 2 人组成一组,组合数为 ; 再从剩下的 2 名教师中选出 1 人组成第二组,组合数为 ; 最后一组自动确定,组合数为 。 因为划分出来的三个组中,有两个组的人数相同(都是 1 人),而组与组之间在纯分组阶段是没有先后顺序(无序)的,故需要除以相同组数的全排列数 。 所以,纯分组的方案数为:
第二步:将分好的三组教师全排列分配到 3 所不同的中学 三个组分配到 3 所不同学校,是一个全排列过程,方案数为:
第三步:结合乘法原理求总数 根据分步计数乘法原理,不同的分配方案总数为:
对照选项,正确答案为 C。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:不均匀分组模型的组合消序、不同元素的分配排列。
- 核心方法:先分组后分配法。
- 避坑指南:
- 极其容易在分组时漏掉除以 (即除以 2)。如果不除以 2,算出来的分组数是 ,再乘以全排列 6 会得出 72 种。要记住:只要分组时出现人数相同的非特异性空组,必须除以相同人数大组个数的阶乘进行“消序”。
- 当然,本题也可以换个角度思考避免除法:直接先决定哪所学校接收 2 名教师(共有 种选择),再从 4 人中选 2 人扔进该学校(共有 种选法),最后剩下 2 人全排列去剩下的 2 所学校(共有 种排法)。这样直接分步的算式为 ,逻辑上更符合直觉,且完全不涉及消序陷阱。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 经典排列组合中的“第二类斯特林数(Stirling Numbers of the second kind)”应用背景。
- 结论推广: 将 个不同的元素分配到 个不同的容器中(无空盒),其总分配方案数公式为 。其中 即为第二类斯特林数(表示将 个不同元素划分为 个无序非空子集的方案数)。本题即为 。
🔗【关联脉络】
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