这是一个经典的组合数学问题,可以使用插板法求解。

我们假设有17个球要放在4个盒子里,其中第一个盒子中放x1个球,第二个盒子中放x2个球,第三个盒子中放x3个球,第四个盒子中放x4个球。由于每个盒子可以为空,因此问题转化为将17个球放在4个盒子里,其中允许有空盒子的方案数。

我们可以使用插板法,将17个球插入3个板之间的空隙中,从而将17个球分成4组。例如,如果我们将球插入这样的空隙中:

球 | 空隙 | 球球 | 空隙 | 空隙 | 球球球 | 空隙 | 球球

则可以得到如下的分组:

x1=1, x2=2, x3=3, x4=11

这样的插板法方案共有$C_{17+3}^3$种,即20个球和3个板共有的方案数。但是,这个方案中允许有空盒子,因此我们还需要排除掉不合法的方案。

由于每个盒子可以为空,因此我们可以使用容斥原理来排除掉不合法的方案。具体来说,我们考虑只有3个盒子不为空的方案数。在这种情况下,我们可以先将3个球放在4个盒子中,然后将剩余的14个球随便放在这3个盒子中。这样的方案数为$C_4^3\times3^{14}$。

但是,这样计算会重复计算一些方案,因为有些方案中不止有一个盒子为空。例如,如果有两个盒子都为空,那么这样的方案就会被计算两次。为了避免重复计算,我们需要减去有两个盒子为空的方案数。这样的方案可以先将2个球放在4个盒子中,然后将剩余的15个球随便放在这2个盒子中。这样的方案数为$C_4^2\times2^{15}$。

但是,这样计算又会漏掉一些方案,因为有些方案中有三个盒子为空。例如,如果所有的球都放在第一个盒子中,那么这样的方案就会被漏掉。为了补充漏掉的方案,我们需要加上有三个盒子为空的方案数。这样的方案只有一种,即所有的球都不放在盒子中。

综上所述,非负整数解的个数为:

$C_{17+3}^3-C_4^3\times3^{14}+C_4^2\times2^{15}-C_4^1\times1^{17}=969$

因此,方程$x_1+x_2+x_3+x_4=17$的非负整数解的个数为969个。

组合数学求解方程非负整数解个数:x1+x2+x3+x4=17

原文地址: https://www.cveoy.top/t/topic/ociI 著作权归作者所有。请勿转载和采集!

免费AI点我,无需注册和登录