将编号为 $1,2,\ldots,18$ 的 $18$ 名兵乓球选手分配在 $9$ 张球台上进行单打比赛,规定每一张台上两选手编号之和均为大于 $4$ 的完全平方数.则 $7$ 号选手与 $18$ 号选手比赛的概率为 .
【难度】
【出处】
全国高中数学联赛模拟试题(19)
【标注】
【答案】
$1$
【解析】
由于编号最大的两数之和为 $18+17=35<36$,所以同一张球台上两选手编号之和只能取 $3$ 个平方数:$25,16,9$.现设同一张球台上两选手编号和为 $25,16,9$ 的分别有 $x,y,z$($x,y,z$ 均为非负整数)个.依题意有$$\left\{\begin{aligned}
&25x+16x+9z=1+2+\ldots+18,\\
&x+y+z=9,\\
&x\geqslant 0,y\geqslant 0,z\geqslant 0.\\
\end{aligned}\right.$$即$$\left\{\begin{aligned}
&16x+7y+9(x+y+z)=171,\\
&x+y+z=9,\\
&x\geqslant 0,y\geqslant 0,z\geqslant 0.\\
\end{aligned}\right.$$得$$\left\{\begin{aligned}
&16x+7y=90,\\
&x\geqslant 0,y\geqslant 0,z\geqslant 0.\\
\end{aligned}\right.$$又由 $0\leqslant x\leqslant \frac{90}{16}<6$,知 $x$ 只能取非负整数 $0,1,2,3,4,5,$,逐一代入检验,可得方程唯一的非负整数解 $x=3,y=6, z=0$.
下面讨论 $9$ 张球台上的选手对阵情况.
(1)由 $x=3$,知平方数为 $25$ 只能有 $3$ 个,而编号不小于 $16$ 的 $3$ 个选手 $18, 17, 16$ 对应的平方数又只能为 $25$,故两选手编号和为 $25$ 的只能是:$18$ 与 $7$ 对阵,$17$ 与 $8$ 对阵,$16$ 与 $9$ 对阵.
(2)由 $y=6$,知去掉 $18,17,16,9,8,7$ 后剩下的 $12$ 个选手对应的平方数能且只能为 $16$,有:$1$ 与 $15$ 对阵,$2$ 与 $14$ 对阵,$3$ 与 $13$ 对阵,$4$ 与 $12$ 对阵,$5$ 与 $11$ 对阵,$6$ 与 $10$ 对阵.
所以规定能够实现,且实现方案是唯一的.$9$ 张球台上选手对阵情况为$$(18,7),(17,8),(16,9),(15,1),(14,2),(13,3),(12,4),(11,5),(10,6).$$所以 $7$ 号选手与 $18$ 号选后比赛是必然事件,其概率为 $1$.
&25x+16x+9z=1+2+\ldots+18,\\
&x+y+z=9,\\
&x\geqslant 0,y\geqslant 0,z\geqslant 0.\\
\end{aligned}\right.$$即$$\left\{\begin{aligned}
&16x+7y+9(x+y+z)=171,\\
&x+y+z=9,\\
&x\geqslant 0,y\geqslant 0,z\geqslant 0.\\
\end{aligned}\right.$$得$$\left\{\begin{aligned}
&16x+7y=90,\\
&x\geqslant 0,y\geqslant 0,z\geqslant 0.\\
\end{aligned}\right.$$又由 $0\leqslant x\leqslant \frac{90}{16}<6$,知 $x$ 只能取非负整数 $0,1,2,3,4,5,$,逐一代入检验,可得方程唯一的非负整数解 $x=3,y=6, z=0$.
下面讨论 $9$ 张球台上的选手对阵情况.
(1)由 $x=3$,知平方数为 $25$ 只能有 $3$ 个,而编号不小于 $16$ 的 $3$ 个选手 $18, 17, 16$ 对应的平方数又只能为 $25$,故两选手编号和为 $25$ 的只能是:$18$ 与 $7$ 对阵,$17$ 与 $8$ 对阵,$16$ 与 $9$ 对阵.
(2)由 $y=6$,知去掉 $18,17,16,9,8,7$ 后剩下的 $12$ 个选手对应的平方数能且只能为 $16$,有:$1$ 与 $15$ 对阵,$2$ 与 $14$ 对阵,$3$ 与 $13$ 对阵,$4$ 与 $12$ 对阵,$5$ 与 $11$ 对阵,$6$ 与 $10$ 对阵.
所以规定能够实现,且实现方案是唯一的.$9$ 张球台上选手对阵情况为$$(18,7),(17,8),(16,9),(15,1),(14,2),(13,3),(12,4),(11,5),(10,6).$$所以 $7$ 号选手与 $18$ 号选后比赛是必然事件,其概率为 $1$.
题目
答案
解析
备注