每日一题[1914]合理分类

四个人玩一个游戏,每个玩家开始都有 $4$ 枚硬币.袋中装有一个绿球、一个红球和两个白球,每个回合中每个玩家按顺序随机抽一个球(不放回),得到绿球的人给得到红球的人一枚硬币.四个回合后游戏结束,此时每个玩家手中还是 $4$ 枚硬币的概率是(       )

A.$ \dfrac{7}{576} $

B.$ \dfrac{5}{192} $

C.$ \dfrac{1}{36} $

D.$ \dfrac{5}{144} $

E.$ \dfrac{7}{48}$

答案    B.

解析    用 $4\times 2$ 的矩阵表示结果,如 $A$ 给了 $B$ 一枚硬币;$B$ 给了 $C$ 一枚硬币;$C$ 给了 $D$ 一枚硬币;$D$ 给了 $A$ 一枚硬币,表示为\[\begin{pmatrix} A&B\\ B&C\\ C&D\\ D&A\end{pmatrix}\] 则这样的矩阵有共有 $12^4$ 个,我们需要计算 $A,B,C,D$ 出现在 $2$ 列的次数一样多的矩阵个数.

情形一    矩阵中只有 $2$ 种字母.此时符合题意的矩阵有 $\mathop{\rm C}\nolimits_4^2\mathop{\rm C}\nolimits_4^2=36$ 个.

情形二    矩阵中只有 $3$ 种字母.此时某个字母在两列各出现 $2$ 次,总矩阵数为 $\mathop{\rm C}\nolimits_4^1\mathop{\rm C}\nolimits_3^2\cdot 4!=288$ 个.

情形三    矩阵中有 $4$ 个字母.即考虑 $4$ 个字母的错排数,共有 $4!\cdot 9=216$ 个.

综上所述,所求概率为 $\dfrac{36+288+216}{12^4}=\dfrac{540}{12^4}=\dfrac5{192}$.

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