单选题
某家电维修公司的职工每人每天最多完成5次修理任务。维修工小张上个月工作了20天,总计完成修理任务98次。则他上个月每天完成的修理任务次数有多少种不同的可能()
A
190
B
210
C
380
D
400
答案解析
正确答案:B
解析:
题目解析:
题干信息:
- 每人每天最多完成5次修理任务;
- 小张工作了20天;
- 总共完成98次任务;
- 问:他上个月每天完成的修理任务次数有多少种不同的可能?
注意:题目问的是“每天完成的修理任务次数有多少种不同的可能”,结合选项数值较大,应理解为:在满足总次数为98、每天不超过5次、共20天的前提下,小张这20天中每日任务数的**非负整数序列组合数**有多少种。即求满足以下条件的整数解个数:
设第i天完成的任务数为 $ x_i $,其中 $ i = 1, 2, \ldots, 20 $,
则有:
$$
x_1 + x_2 + \cdots + x_{20} = 98
$$
且每个 $ x_i $ 是整数,满足 $ 0 \leq x_i \leq 5 $
这是一个典型的**带限制的整数分拆问题**,即求非负整数解的个数,其中每个变量不超过5,总和为98,共20个变量。
我们使用**容斥原理**来求解。
---
### 第一步:无上限限制下的非负整数解个数
若没有上限(即仅要求 $ x_i \geq 0 $),方程:
$$
x_1 + x_2 + \cdots + x_{20} = 98
$$
的非负整数解个数为组合数:
$$
\binom{98 + 20 - 1}{19} = \binom{117}{19}
$$
但这包括了某些 $ x_i > 5 $ 的情况,需要排除。
---
### 第二步:引入上限约束(每个 $ x_i \leq 5 $)
我们用容斥原理计算满足 $ 0 \leq x_i \leq 5 $ 且总和为98的整数解个数。
令全集 $ S $ 为所有非负整数解,个数为:
$$
|S| = \binom{117}{19}
$$
令 $ A_i $ 表示 $ x_i \geq 6 $ 的解的集合。我们要排除至少一个变量大于等于6的情况。
根据容斥原理,满足所有 $ x_i \leq 5 $ 的解数为:
$$
N = \sum_{k=0}^{20} (-1)^k \binom{20}{k} \binom{117 - 6k}{19}
$$
但注意:只有当 $ 117 - 6k \geq 19 $ 即 $ 6k \leq 98 $ 时,才有意义。因为变换方法如下:
对每个 $ x_i \geq 6 $,令 $ y_i = x_i - 6 $,则 $ y_i \geq 0 $,代入后总和变为:
$$
y_1 + \cdots + y_k + x_{k+1} + \cdots = 98 - 6k
$$
非负整数解个数为 $ \binom{98 - 6k + 20 - 1}{19} = \binom{117 - 6k}{19} $
所以:
$$
N = \sum_{k=0}^{\lfloor 98/6 \rfloor} (-1)^k \binom{20}{k} \binom{117 - 6k}{19}
$$
$ \lfloor 98/6 \rfloor = 16 $,但实际中当 $ 6k > 98 $ 时,$ \binom{117 - 6k}{19} $ 无意义(负数下项),可视为0。
但我们不需要精确计算这个庞大的组合和。观察题目选项较小(最大400),说明上述思路可能不对。
---
### 重新理解题目:“有多少种不同的可能”
注意:题目问的是“每天完成的修理任务次数有多少种不同的可能”。
这句话有歧义,需仔细分析。
如果理解为:小张20天中,每天完成的任务数是一个介于0到5之间的整数,总和为98,问这样的**分配方式总数**是多少?那答案会非常大(如上面容斥计算所示),远超400,而选项最大为400,因此不可能是这个意思。
再看选项:A:190 B:210 C:380 D:400 —— 都是几百级别。
考虑另一种解释:题目可能是在问——小张每天完成的任务数可能是哪些值的组合,即他**在20天中,每天完成的任务次数的取值集合**有多少种不同的分布模式?但也不像。
更合理的解释是:题目问的是“他上个月每天完成的修理任务次数”作为一个**多重集合**或**序列**的不同可能总数,但由于选项小,仍不合理。
换一种思路:是否题目问的是“他每天完成的任务次数中,出现的不同数值的种数”?比如某天做3次,某天做4次等,但这样问法应为“可能出现的不同次数值有几种”,而不会说“有多少种不同的可能”。
再读题:“每天完成的修理任务次数有多少种不同的可能”——语法结构是,“每天完成的次数”作为一个整体,有多少种不同的可能。
但“每天”是复数,20天,所以应理解为:整个20天的任务安排序列有多少种不同的可能。
但如前所述,这个数远大于400。
除非……题目不是问总的分配方案数,而是问:小张在这20天中,每天完成的任务次数的**平均值附近的变化情况**,或者某种组合数。
另一个突破口:每人每天最多5次,20天最多完成 $ 20 \times 5 = 100 $ 次。
小张完成了98次,距离上限差2次。
也就是说,他比满额少做了2次。
我们可以从“缺额”角度思考。
---
### 关键思路:转化为“亏损模型”
定义:每天最多5次,实际做了 $ x_i $ 次,则“亏损”为 $ 5 - x_i \geq 0 $
总最大可能任务数:$ 20 \times 5 = 100 $
实际完成:98
所以总亏损为:$ 100 - 98 = 2 $
即:
$$
\sum_{i=1}^{20} (5 - x_i) = 2
$$
令 $ y_i = 5 - x_i $,则 $ y_i $ 为非负整数,且 $ 0 \leq y_i \leq 5 $(因为 $ x_i \geq 0 $)
并且:
$$
y_1 + y_2 + \cdots + y_{20} = 2
$$
现在问题转化为:求非负整数解 $ (y_1, y_2, \ldots, y_{20}) $ 满足和为2的解的个数。
这就是经典的“将2个不可区分的球放入20个盒子”的问题。
解的个数为:
$$
相关知识点:
修理任务次数可能情况
题目纠错
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