Trong một lớp có 2 n + 1 học sinh gồm An, Bình, Chi cùng 2 n − 2 học sinh khác. Khi xếp tùy ý các học sinh này vào một dãy ghế được đánh số từ 1 đến 2 n + 1 , mỗi học sinh ngồi một ghế t
Đáp án: “32”
Phương pháp giải
Số cách các xếp học sinh vào ghế là \(\left( {2n + 1} \right)\)!
Nhận xét rằng nếu ba số tự nhiên \({\rm{a}},{\rm{b}},{\rm{c}}\) lập thành một cấp số cộng thì \(a + c = 2b\) nên \(a + c\) là số chẵn. Như vậy \(a,c\) phải cùng chẵn hoặc cùng lẻ.
Lời giải
Số cách các xếp học sinh vào ghế là \(\left( {2n + 1} \right)\)!
Nhận xét rằng nếu ba số tự nhiên \({\rm{a}},{\rm{b}},{\rm{c}}\) lập thành một cấp số cộng thì \(a + c = 2b\) nên \(a + c\) là số chẵn. Như vậy \(a,c\) phải cùng chẵn hoặc cùng lẻ.
Từ 1 đến \(2n - 2\) có \(n - 1\) số chẵn và \(n - 1\) số lẻ.
Muốn có một cách xếp học sinh thỏa số ghế của An, Bình, Chi theo thứ tự lập thành một cấp số cộng ta sẽ tiến hành như sau:
- Bước 1: Chọn hai ghế có số thứ tự cùng chẵn hoặc cùng lẻ rồi xếp An và Chi vào, sau đó xếp Bình vào ghế chính giữa. Bước này có \(A_{n - 1}^2 + A_{n - 1}^2\) cách.
- Bước 2: Xếp chỗ cho \(2n - 2\) học sinh còn lại. Bước này có \(\left( {2n - 2} \right)\)!
Như vậy số cách xếp thỏa theo yêu cầu này là \(2A_{n - 1}^2.\left( {2n - 2} \right)\)!
Ta có phương trình \(\frac{{2A_{n - 1}^2.\left( {2n - 2} \right)!}}{{\left( {2n + 1} \right)!}} \Leftrightarrow \frac{{2.\frac{{\left( {n - 1} \right)!}}{{\left( {n - 3} \right)!}}.\left( {2n - 2} \right)!}}{{\left( {2n + 1} \right)!}} = \frac{{31}}{{4368}}\)
\( \Leftrightarrow \frac{{2.\left( {n - 1} \right)\left( {n - 2} \right)}}{{\left( {2n + 1} \right).2n.\left( {2n - 1} \right)}} = \frac{{31}}{{4368}}\)
\( \Leftrightarrow \frac{{{n^2} - 3n + 2}}{{n.\left( {4{n^2} - 1} \right)}} = \frac{{31}}{{4368}}\)
\( \Leftrightarrow 31.\left( {4{n^3} - n} \right) = 4368\left( {{n^2} - 3n + 2} \right)\)
\( \Leftrightarrow 124{n^3} - 4368{n^2} + 13073n - 8736 = 0\)
\( \Leftrightarrow n = 32\) (do n \(n \in {\mathbb{N}^*}\))
Vậy số học sinh của lớp là 32.