从如图所示的,由 $9$ 个单位小方格组成的,$3\times3$ 方格表的 $16$ 个顶点中任取三个点,这三个点构成直角三角形的概率为 $\frac{p}{q}$,其中 $p,q$ 是互质的正整数.则 $p+q=$ 
【难度】
【出处】
2018年全国高中数学联赛福建省预赛
【标注】
  • 数学竞赛
    >
    计数与概率
    >
    计数与概率
  • 知识点
    >
    组合数学
【答案】
$19$
【解析】
先计算矩形的个数,再计算直角三角形的个数.如图所示,根据矩形特点,由这 $16$ 个点可以构成 ${\rm C}_2^4\times{\rm C}_2^4=36$ 个不同的矩形.又每个矩形可以分割成 $4$ 个不同的直角三角形,且不同的矩形,分割所得的直角三角形也不同.因此,可得 $4\times 36=144$ 个直角顶点在矩形顶点的不同的直角三角形.再算直角顶点不在矩形顶点:
(1)在 $1\times 2$ 的矩形中,在直角顶点不在矩形顶点,边长分别为 $(\sqrt{2},\sqrt{2},2)$ 的直角三角形两个.而 $1\times 2$ 矩形横向,纵向各 $6$ 个,故共有 $2\times 12=24$ 个.
(2)在 $2\times 3$ 的矩形中,有直角顶点不在矩形顶点,边长分别为 $(\sqrt{5},\sqrt{5},\sqrt{10})$ 的直角三角形 $4$ 个,边长分别为 $(\sqrt{2},2\sqrt{2},\sqrt{10})$ 的直角三角形 $4$ 个,而 $2\times 3$ 矩形横向,纵向各有两个,故共有 $(4+4)\times 4=32$ 个.
所以,所求的概率 $P=\dfrac{144+24+32}{{\rm C}_{16}^3}=\dfrac{200}{40\times 14}=\dfrac{5}{14}$.
题目 答案 解析 备注
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