一款名为“快乐家庭”的卡牌游戏共有 28 张牌,由 7 套卡牌组成,每套 4 张。每套卡牌包括来自同一个家庭的父亲、母亲、儿子和女儿。家庭名称分别为:画家、邮递员、水管工、屠夫、木匠、歌手和教师。例如,“教师”家庭的完整整套卡牌包括教师父亲、教师母亲、教师儿子和教师女儿。 游戏的目标是收集尽可能多的完整家庭套牌。在游戏结束时,所有卡牌都会被收集。每个玩家要么没有剩余卡牌,要么拥有完整的家庭套牌。拥有最多完整家庭套牌的玩家即为赢家。 A 和 B 玩一局“快乐家庭”游戏。

  1. (a)

    游戏结束时,A 恰好拥有 3 套完整的家庭卡牌,其中一套是教师家庭卡牌。B 可能拥有的完整家庭卡牌组合有多少种?

  2. (b)

    如果 A 在游戏结束时是赢家,A 可能拥有的完整家庭卡牌组合有多少种?

  3. (c)

    已知 A 在游戏结束时恰好拥有 3 套特定的完整家庭卡牌,他将这 12 张卡牌排成一个圆圈。有多少种不同的排列方式,使得任意两位母亲都不相邻?

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完整解法

9(a)

1. Determine the number of sets B must have and the available pool of sets to choose from.

Since there are 7 complete sets in total and A has exactly 3 sets, B must hold the remaining 7−3=47 - 3 = 4 sets.
A has the Teacher set, so B cannot have it. Thus, B's 4 sets must be formed from the remaining 7−1=67 - 1 = 6 sets.

2. Calculate the number of combinations for B.

Number of combinations = 6C4=15^6C_4 = 15

答案

1515

9(b)

1. Determine the number of complete sets A must have in order to win.

Since there are 77 complete sets in total and A is the winner, A must have strictly more sets than B.
Therefore, A must have 44, 55, 66, or 77 complete sets.

2. Calculate the total number of combinations of complete sets A can have.

Total possible combinations = 7C4+7C5+7C6+7C7^7C_4 + {}^7C_5 + {}^7C_6 + {}^7C_7
=35+21+7+1= 35 + 21 + 7 + 1
=64= 64

答案

6464

9(c)

1. Find the number of ways to arrange the non-mother cards in a circle.

There are 3 sets of cards, meaning there are 3 mothers and 12−3=912 - 3 = 9 non-mother cards.

Number of ways to arrange the 9 distinct non-mother cards in a circle =(9−1)!=8!=40 320= (9-1)! = 8! = 40\,320.

2. Find the number of ways to arrange the 3 mother cards such that no two are together.

Arranging the 9 non-mother cards creates exactly 9 spaces between them.
To ensure no two mothers are next to each other, we insert the 3 distinct mother cards into these 9 spaces.

Number of ways to choose spaces and arrange the mothers =9P3=9×8×7=504= ^9P_3 = 9 \times 8 \times 7 = 504.

3. Calculate the total number of arrangements.

Total number of arrangements =8!×9P3=40 320×504=20 321 280= 8! \times ^9P_3 = 40\,320 \times 504 = 20\,321\,280.

答案

20 321 28020\,321\,280

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