2021 AMC 12A Fall 第 18 题

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18.

将 2020 个球各自独立随机地投入 55 个箱子之一。设 pp 为某个箱子最终有 33 个球、另一个箱子有 55 个球、其余三个箱子各有 44 个球的概率。设 qq 为每个箱子最终都有 44 个球的概率。pq\dfrac{p}{q} 是多少?
Each of 2020 balls is tossed independently and at random into one of 55 bins. Let pp be the probability that some bin ends up with 33 balls, another with 55 balls, and the other three with 44 balls each. Let qq be the probability that every bin ends up with 44 balls. What is pq?\dfrac{p}{q}?
11
44
88
1212
1616
答案:E
知识点:基本概率多重集排列
小提示:
两个概率都有相同的 5205^{20} 分母,所以 pq\dfrac{p}{q} 是计数之比
Both probabilities share the same 5205^{20} denominator, so pq\dfrac{p}{q} is a ratio of counts
大提示:
qq 使用 20!(4!)5\dfrac{20!}{(4!)^5};pp 使用 5⋅45\cdot 4 种特殊箱子的选择,再乘以 20!3! 5! (4!)3\dfrac{20!}{3!\,5!\,(4!)^3}
qq uses 20!(4!)5;\dfrac{20!}{(4!)^5}; pp uses 5⋅45\cdot 4 choices of the special bins times 20!3! 5! (4!)3\dfrac{20!}{3!\,5!\,(4!)^3}
解答:
两个概率都除以 5205^{20},所以 pq\dfrac{p}{q} 是排列计数之比。
对于 qq,所有箱子都有 44 个球,计数为 20!(4!)5\dfrac{20!}{(4!)^5}。对于 pp,选择哪个箱子有 33 个、哪个箱子有 55 个有 5⋅4=205\cdot 4 = 20 种,再乘以 20!3! 5! (4!)3\dfrac{20!}{3!\,5!\,(4!)^3}。因此 pq=20⋅(4!)53! 5! (4!)3=20⋅(4!)23! 5!=20⋅576720=16。 \begin{aligned} \frac{p}{q} &= 20 \cdot \frac{(4!)^5}{3!\,5!\,(4!)^3} \\ &= 20 \cdot \frac{(4!)^2}{3!\,5!} \\ &= 20 \cdot \frac{576}{720} \\ &= 16 \end{aligned}\text{。}
所以正确答案是 E。
Both probabilities divide by 520,5^{20}, so pq\dfrac{p}{q} is a ratio of arrangement counts.
For q,q, all bins have 4:4: 20!(4!)5.\dfrac{20!}{(4!)^5}. For p,p, choose which bin has 33 and which has 55 in 5⋅4=205\cdot 4 = 20 ways, times 20!3! 5! (4!)3.\dfrac{20!}{3!\,5!\,(4!)^3}. Therefore pq=20⋅(4!)53! 5! (4!)3=20⋅(4!)23! 5!=20⋅576720=16. \begin{aligned} \frac{p}{q} &= 20 \cdot \frac{(4!)^5}{3!\,5!\,(4!)^3} \\ &= 20 \cdot \frac{(4!)^2}{3!\,5!} \\ &= 20 \cdot \frac{576}{720} \\ &= 16. \end{aligned}
Thus, the correct answer is E.
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