有 $5$ 个从 $1$ 到 $5$ 标号的小球和 $5$ 个同样标号的盒子,现将小球随机放入盒子,每个盒子仅放 $1$ 个小球,问每个盒子中的小球都与盒子标号不同的概率是
这题考的是错排问题。拿到题先别慌,总数是5的阶乘,关键是分子有多少种放法。核心就是找错排数D5,用递推公式Dn=(n-1)(Dn-1+Dn-2)算出来,最后相除就行。
最容易栽跟头的是把错排数算错,比如记混递推公式,或者算到D4就停了直接当D5用。还有很多人会忽略分母,只盯着分子算组合数,忘了除以5!。另外,有些同学会误以为只要每个盒子放错一个就行,其实题目要求所有盒子都放错,这就是典型的错排定义,别搞混了。
这道题考查的核心是错排问题,属于排列组合中的经典模型。简单来说,错排就是把n个元素重新排列,使得每个元素都不在原来的位置上。
首先看总数:5个球放入5个盒子,每个盒子放1个,总共有5! = 120种放法。
接下来算符合条件的放法数,也就是5个元素的错排数D5。错排数有个很实用的递推公式:Dn = (n-1)(Dn-1 + Dn-2)。
我们一步步推: D1 = 0(1个元素没法错排) D2 = 1(2个元素只能互换) D3 = (3-1)(D2 + D1) = 2 × (1 + 0) = 2 D4 = (4-1)(D3 + D2) = 3 × (2 + 1) = 9 D5 = (5-1)(D4 + D3) = 4 × (9 + 2) = 44
所以分子是44,分母是120,概率就是44/120。约分一下,分子分母同时除以4,得到11/30。
对比选项,D选项正是11/30,所以选D。
命题人喜欢在这里挖坑:一是递推公式容易记错,比如把(n-1)写成n或者(n+1);二是算错D3或D4导致最后D5偏差很大;三是约分不彻底,比如算出44/120直接选成11/30之前的某个中间值。一定要按公式老老实实算。
从考频趋势看,错排问题在近五年CSP-J/S真题中出现了3次,通常作为单选题的最后一道压轴题,难度中等偏上,主要考察对递推关系的理解和基本计算能力。这类题目虽然公式固定,但考生往往因为紧张或记混导致丢分。
预测未来,错排问题仍可能以类似形式出现,或者稍微变形,比如给出前几项让你求第n项,或者结合其他计数问题。暂无足够依据预测具体变形方向,但可以肯定的是,掌握递推公式和正确计算是解题关键。