将 10 个完全相同的苹果分给 3 个不同的小朋友,若要求每个小朋友至少分得 1 个,且每个小朋友分得的苹果数量都不能超过 5 个。那么,共有 ___ 种不同的分法。

完整解法

1. 用隔板法求出每个小朋友至少分得 1 个苹果的所有可能分法总数

设 3 个不同的小朋友分得的苹果数分别为 x1,x2,x3x_1, x_2, x_3。
由题意,x1+x2+x3=10x_1 + x_2 + x_3 = 10,且 x1,x2,x3≥1x_1, x_2, x_3 \ge 1(均为正整数)。
将 10 个苹果排成一排,中间产生 9 个空隙,插入 2 块隔板将苹果分为 3 份,不同的分法总数为:
N=(10−13−1)=(92)=9×82=36N = \binom{10 - 1}{3 - 1} = \binom{9}{2} = \frac{9 \times 8}{2} = 36

2. 计算不符合条件(即至少有 1 人分得超过 5 个苹果)的分法数

不合题意的情况为:有人分得的苹果数量 ≥6\ge 6。
因为若有两人分得的苹果数均 ≥6\ge 6,则总数至少为 6+6+1=13>106 + 6 + 1 = 13 > 10,所以至多只有 1 个小朋友分得的苹果数 ≥6\ge 6。

先指定某一个特定的小朋友分得至少 6 个苹果(有 3 种选择):
先分给该小朋友 5 个苹果,此时转化为求 x1′+x2+x3=10−5=5x_1' + x_2 + x_3 = 10 - 5 = 5 的正整数解的组数(保证该小朋友 x1=x1′+5≥1+5=6x_1 = x_1' + 5 \ge 1 + 5 = 6)。
其正整数解的个数为:
(5−13−1)=(42)=4×32=6\binom{5 - 1}{3 - 1} = \binom{4}{2} = \frac{4 \times 3}{2} = 6

因此,有小朋友分得超过 5 个苹果的不合题意的分法总数为:
3×6=183 \times 6 = 18

3. 用总分法数减去不合要求的分法数,得出符合条件的分法数

由容斥原理(正难则反),每个小朋友分得苹果数都不超过 5 个的分法种数为:
36−18=1836 - 18 = 18

答案

18

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