本题导读

本题是一道结合了新定义与排列组合的创新题。题目以多项式展开式的项来模拟取球的过程,本质上考查的是“生成函数(母函数)”的思想以及对于“有区别”和“无区别”元素组合方式的代数表达。

📌【题干】

Question

(2014年福建卷(理)) 用 代表红球, 代表蓝球, 代表黑球,由加法原理及乘法原理,从1个红球和1个蓝球中取出若干个球的所有取法可由 的展开式 表示出来,如:“”表示一个球都不取、“”表示取出一个红球,而“”表示把红球和蓝球都取出来.以此类推,下列各式中,其展开式可用用来表示从5个无区别的红球、5个无区别的蓝球、5个有区别的黑球中取出若干个球,且所有的蓝球都取出或都不取出的所有取法的是()

A.

B.

C.

D.

🔍【思路分析】

破题导航

解决本题的关键是将“取球的具体要求”精确地翻译成“多项式因式的构造”。

  1. 分析红球(无区别,任意取):5个红球完全相同,取法只与取出的数量有关。可以取 个,对应的代数表示为各项的和。
  2. 分析蓝球(无区别,全取或不取):5个蓝球完全相同,但限制条件是“要么全取,要么全不取”。这意味着只有两种极端状态:取 0 个或取 5 个。
  3. 分析黑球(有区别,任意取):5个黑球各不相同(相当于每个黑球都带编号)。对于每一颗特定的黑球,都有“取”与“不取”两种独立的选法。利用乘法原理,需要将每一颗黑球的选择单独用括号表示并相乘。

✅【答案】

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A

✍【详细解析】

Abstract

第一步:构造红球的因式 5个红球是“无区别”的,取出若干个只需看数量。可以取 个红球。 “取 个红球”用 表示。 所以红球的取法对应的多项式因式为:。

第二步:构造蓝球的因式 5个蓝球也是“无区别”的,但题目限制“所有的蓝球都取出或都不取出”。 即只能取 个蓝球(用 表示)或者取 个蓝球(用 表示)。 所以蓝球的取法对应的多项式因式为:。

第三步:构造黑球的因式 5个黑球是“有区别”的(可视为黑球1、黑球2、…、黑球5)。 对于任意一个具体的黑球 ,我们有“不取”(用 表示)和“取出”(用 表示)两种选择,其因式为 。 因为 5 个黑球各不相同,根据乘法原理,总取法为这 5 个独立选择的乘积: 。 (注:展开后为 ,系数正好对应从5个不同球中取 个的组合数 )

第四步:组合结论 根据乘法原理,从三类球中取出若干个球的总取法,就是将这三部分对应的多项式因式相乘: 。

对照选项,与选项 A 完全一致。

故选 A

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:排列组合与生成函数(母函数)思想

  2. 核心方法:把取球限制翻译为多项式因式,无区别按数量取幂、有区别逐个乘

  3. 避坑指南:注意审题与运算细节。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 生成函数(母函数)计数原理

  2. 结论推广: 无区别球取法为 ,有区别球为 。

  3. 方法推广: 可迁移到新定义、计数原理与二项式展开综合类题

🔗【关联脉络】

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