袋中装有 $m$ 个红球和 $n$ 个白球,$m>n\geqslant 4$.现从中任取两球,若取出的两个球是同色的概率等于取出的两个球是异色的概率,则满足关系 $m+n\leqslant 40$ 的数组 $(m,n)$ 的个数为 .
【难度】
【出处】
2018年全国高中数学联赛广东省预赛
【标注】
【答案】
$3$
【解析】
记"取出两个球"为事件 $A$,"取出两个白球"为事件 $B$,"取出一红一白两个球"为事件 $C$,则 $P(A)=\dfrac{{\rm C}_m^2}{{\rm C}_{m+n}^2},P(B)=\dfrac{{\rm C}_n^2}{{\rm C}_{m+n}^2},P(C)=\dfrac{{\rm C}_m^1\cdot {\rm C}_n^1}{{\rm C}_{m+n}^2}$.依题意得 $P(A)+P(B)=P(C)$,即 ${\rm C}_m^2+{\rm C}_n^2={\rm C}_m^1{\rm C}_m^1$.所以 $m+n=(m-n)^2$,从而 $m+n$ 为完全平凡数.又由 $m>n\geqslant 4$ 及 $m+n\leqslant 40$,得 $9\leqslant m+n\leqslant 40$.所以 $\begin {cases}
m+n=9\\
m-n=3\\
\end{cases}$ 或 $\begin{cases}m+n=16\\
m-n=4\\
\end{cases}$ 或 $\begin{cases}m+n=25\\
m-n=5\\
\end{cases}$ 或 $\begin{cases}m+n=36\\
m-n=6\\
\end{cases}$ 解之得 $(m,n)=(6,3)$(舍去),或 $(10,6)$,或 $(15,10)$,或 $(21,15)$.故符合题意的数组 $(m,n)$ 有 $3$ 个.
m+n=9\\
m-n=3\\
\end{cases}$ 或 $\begin{cases}m+n=16\\
m-n=4\\
\end{cases}$ 或 $\begin{cases}m+n=25\\
m-n=5\\
\end{cases}$ 或 $\begin{cases}m+n=36\\
m-n=6\\
\end{cases}$ 解之得 $(m,n)=(6,3)$(舍去),或 $(10,6)$,或 $(15,10)$,或 $(21,15)$.故符合题意的数组 $(m,n)$ 有 $3$ 个.
题目
答案
解析
备注