本题导读
本题主要考查排列组合与古典概型的综合应用。通过合理划分基本事件总数与目标事件数,将复杂的“人进车厢”多元素分配问题拆解为“挑选车厢排布人数”和“分配具体乘客”两个步骤,从而计算出目标古典概率。
📌【题干】
Question
(2005年重庆卷(理)) 15. 某轻轨列车有 4 节车厢,现有 6 位乘客准备乘坐,设每一位乘客进入每节车厢是等可能的,则这 6 位乘客进入各节车厢的人数恰好为 0, 1, 2, 3 的概率为.
🔍【思路分析】
破题导航
- 计算基本事件总数(分母):每个乘客都有 4 种独立的车厢选择方案。根据分步乘法计数原理, 6 位乘客选择车厢的总基本事件数为 。
- 计算目标事件数(分子):
- 第一步(车厢人数安排): 4 节不同的车厢,对应的人数分布是 0, 1, 2, 3 的全排列。需要计算有多少种不同分配人数的车厢排法,即 。
- 第二步(挑选并安置乘客):将 6 位不同的乘客按照(0人、1人、2人、3人)的定量需求进行组合选派,即先挑出 3 人去那节装 3 人的车厢,再从剩下 3 人里挑 2 人,以此类推。其分组方案数为 。
- 计算古典概率:将分子与分母相除并进行分数约分化简。
✅【答案】
Success
根据分步乘法计数原理,目标事件总数 为:*
✍【详细解析】
Abstract
解: 本题属于古典概型概率计算。
第一步:计算所有乘客进入车厢的总基本事件数 因为每位乘客进入每节车厢都是等可能的,且共有 4 节车厢。 第 1 位乘客有 4 种选择,第 2 位乘客有 4 种选择,……,第 6 位乘客有 4 种选择。 根据分步乘法计数原理,总基本事件数为:
第二步:计算满足各车厢人数恰好为 0, 1, 2, 3 的目标事件数 该步骤可分为两个独立的阶段进行:
阶段 1:确定哪节车厢对应多少人数 由于 4 节车厢互不相同(可以理解为有编号的 1、2、3、4 号车厢),人数分布 对应车厢的分配方案即为 4 个不同元素的全排列:
阶段 2:把 6 位不同的乘客按照确定的人数分进相应车厢 假设此时已经指定好了某一节特定车厢装 3 人,一节装 2 人,一节装 1 人,一节装 0 人。
- 从 6 人中选 3 人放入装 3 人的车厢,有 种选法;
- 从剩下的 3 人中选 2 人放入装 2 人的车厢,有 种选法;
- 从剩下的 1 人中选 1 人放入装 1 人的车厢,有 种选法;
- 剩下的 0 人自动对应装 0 人的车厢,有 种选法。 这部分的组合数为:
综上所述,根据分步乘法计数原理,目标事件总数 为:
- 第三步:计算最终概率 分子分母同时除以最大公约数 32 进行约分化简:
综合上述,该事件发生的概率为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:分步乘法计数原理、排列与组合数复合模型的建模、古典概型定义。
- 核心方法:车厢全排列与人分组的“车、人分离分步计数法”。
- 避坑指南:
- 分母切勿错写为组合数或隔板法形式。由于每位乘客都是独立的个体, 6 位乘客的决策完全独立。分母必须是 ,不能写成其他排列组合数。
- 分子部分不要遗漏车厢本身的位置全排列 。有些同学只计算了对 6 个人进行 的分组方案 60 种,忽略了“哪节车厢装 3 人,哪节车厢装 2 人”的组合差异。车厢本身存在空间独立性,必须乘上 。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题源自 2005 年重庆高考理科数学第 15 题,是高中概率统计中关于独立分派、元素定容分配问题的经典题型。
- 结论推广:设有 个不同的元素随机独立地分配到 个不同的容器中(每个容器容量无限且各元素选择机会均等),若要求各容器内的元素个数恰好满足一组特定的非负整数序列 (其中 ),且该序列中有 个彼此不相等的数,则该特定分布的古典概率通项公式为:
🔗【关联脉络】
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