将四棱锥S−ABCDS-ABCD的每一个顶点染上一种颜色,并使同一条棱上的两端异色,如果有恰有55种颜色可供使用,则不同的染色方法有()(\quad)
A. 480480种
B. 360360种
C. 420420种
D. 320320种

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完整解法

1. 确定顶点 $S$ 的着色方法数

首先给顶点 SS 着色,因为有 5 种颜色可选,所以给 SS 着色的方法数为:
C51=5C_5^1 = 5 种。

2. 分析底面四个顶点 $A, B, C, D$ 的可用颜色范围

由于四棱锥 S−ABCDS-ABCD 的侧面均以 SS 为公共顶点,所以侧棱 SA,SB,SC,SDSA, SB, SC, SD 存在。这意味着底面的四个顶点 A,B,C,DA, B, C, D 都与 SS 相邻。根据“同一条棱上的两端异色”的规则,底面四个顶点均不能使用 SS 已经使用的颜色。因此,给 A,B,C,DA, B, C, D 着色时,只能从剩下的 4 种颜色中进行选择。

3. 对底面四个顶点的着色方式进行分类讨论并计算

根据对角顶点 AA 与 CC 是否同色,将底面 ABCDABCD 的着色方法分为以下两类:

  1. 当 AA 与 CC 着同一种颜色时:
    先给 AA 着色,有 4 种方法,此时 CC 的颜色被唯一确定,有 1 种方法。
    由于 BB 与 A,CA, C 都相邻,且 A,CA, C 同色,所以 BB 不能与 AA(及 CC)同色,有 4−1=34 - 1 = 3 种着色方法。
    同理,顶点 DD 也有 3 种着色方法。
    此种情况的着色方法数为:
    4×1×3×3=364 \times 1 \times 3 \times 3 = 36 种。

  2. 当 AA 与 CC 着不同颜色时:
    先给 AA 着色,有 4 种方法;再给 CC 着色,因为不能与 AA 同色,所以有 3 种方法。
    由于 BB 与 A,CA, C 都相邻且 A,CA, C 异色,所以 BB 不能与 AA 且不能与 CC 同色,有 4−2=24 - 2 = 2 种着色方法。
    同理,顶点 DD 也有 2 种着色方法。
    此种情况的着色方法数为:
    4×3×2×2=484 \times 3 \times 2 \times 2 = 48 种。

综上,底面 A,B,C,DA, B, C, D 的着色方法数共有:
36+48=8436 + 48 = 84 种。

4. 合计算出总的染色方案数

根据分步乘法计数原理,完成该四棱锥染色的总方法数为:
5×84=4205 \times 84 = 420 种。

因此,不同的染色方法有 420420 种,正确选项为 C。

答案

C

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