先把问题变成一般问题:有n个同学各自制作了自己的礼物,并编号为1,2,…,n,然后抽签拿礼物,求没有一个同学拿到自己礼物的概率。
解法:把n个同学编号为1,2,…,n,假设事件Ak表示编号为k的同学拿到自己的礼物(k=1,2,…,n),|K|表示事件K的所有可能的个数,根据斥容原理
|A1∪A2∪…∪An|=Σ(k=1,n)[(-1)k-1Σ(1≤k(1)<k(2)<…<k(n)≤n)|Ak(1)∩Ak(1)∩…∩Ak(n)|],
由于Σ(1≤k(1)<k(2)<…<k(n)≤n)|Ak(1)∩Ak(1)∩…∩Ak(n)|表示有k个同学拿到自己的礼物的总数,所以只要k个同学拿,共Cnk种方法,再把剩下的元素作全排列,共有(n-k)!种方法,因此
Σ(1≤k(1)<k(2)<…<k(n)≤n)|Ak(1)∩Ak(1)∩…∩Ak(n)|=Cnk•(n-k)!=n!/k!。
所以
|A1∪A2∪…∪An|=n!Σ(k=1,n)[(-1)k-11/k!]。
因此每个元素都不在原来的位置上的排列总数是所有元素的全排列减|A1∪A2∪…∪An|,而
n!-|A1∪A2∪…∪An|=n!Σ(k=1,n)[(-1)k1/k!]。
所以每个元素都不在原来的位置上的排列方法总数是n!Σ(k=1,n)[(-1)k1/k!]。
于是所求概率就是n!Σ(k=1,n)[(-1)k1/k!]/n!=Σ(k=1,n)[(-1)k1/k!]。
当n不断增大的时候,这个概率会越来越接近1/e,其中e是自然对数的底。 |