在教師甄選的考題常常遇到類似的問題:
◎在箱子內有5顆紅球及3顆藍球,每次取一球,取後不放回。在全數取完的過程中,取出的紅球一直都比藍球多的機率(次數)為何?
◎在選舉開票過程中,1號候選人得票數一直都比2號候選人多的機率(次數)為何?
以上類似的題目都簡而稱為「一路領先」問題。這類題目有個限制,就是只有兩人(球)在競爭,若超過二人的解法就不是這樣算。
一路領先的問題可以轉換成棋盤道路捷徑走法。我們就以110年桃園高中教甄為例:
解答:現在把題目改成:mm個紅球,nn個白球,m≤nm≤n,答案應該是什麼?
大部份一路領先的題目,把過程中「平手」也算進去,也就是只要白球數大於或等於紅球數,都算是一路領先。因此我們把起點A定位在原點,即A(0,0),則終點在B(n,m),將對角線平移往上移一格(直線方程式為y=x+1),簡稱為紅線。所有從A到B的路徑,只要碰到紅線就不符合一路領先的條件。若我們能求出所有違規的路徑,就能求出合乎一路領先的路徑數量。
任何一條違規路徑一定會碰到紅線,假設此路徑經過點P(P在紅線上),則A至P的路徑數量與A'至P的路徑數量是相同的(A'與A對稱於紅線)。因此從A至B的違規路徑數量與A'至B的路徑數量是相同的,而且從A'出發到B的路徑都是違規的。A'至B的路徑數量=Cn+1+m−1n+1=Cn+mn+1=Cn+mm−1Cn+1+m−1n+1=Cn+mn+1=Cn+mm−1,A至B的路徑數量=Cm+nm=Cm+nnCm+nm=Cm+nn,因此一路領先的數量=Cm+nm−Cn+mm−1=Cm+nm−Cn+mm−1 =Cm+nn−Cn+mn+1Cm+nn−Cn+mn+1。
回到桃園教甄的題目,違規的路徑數=C4+63=C4+67=120C4+63=C4+67=120,全部路徑數是C104=210C104=210,因此一路領先的數量是210-120=90,結果與手算相同。
也許你已經搞混哪個是m?哪個是n?,總之:違規數量=C大+小大+1=C大+小小−1
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