向来如此,便对么……

背景:

目前为止,我们关注的对象都是“组合”概念\(\require{AMSmath} \binom{n}{k}\),即:从n个对象中,选择k个对象出来的总方案数。

问题:

在上述基础上,我们尝试着更深一步研究选择的方案数:如果n个对象中的任意一个对象均可被选择多次!

解构:

第一:k种不同的对象,则总方案数有\(\binom{n}{k}\);

第二:k-1种不同的对象,剩余的一个对象从前述的k-1个对象中选择,则总方案数有\(\binom{n}{k-1}\binom{k-1}{1}\);

依次类推,则选择\(k-\lambda\)种不同的对象,剩余的\(\lambda\)个对象从前述的\(k-\lambda\)个对象中选择,则总方案数有\(\binom{n}{k-\lambda}\left( \binom{k-\lambda}{\lambda} + \binom{k-\lambda}{\lambda-1}+\cdots + \binom{k-\lambda}{1} \)

综上所述,考虑可重复的情况时,从n个对象中选择k个出来的总方案数为:

$$
\begin{align}
\sum_{\lambda=0}^{k} \binom{n}{k-\lambda}\sum_{l=1}^{\lambda}\binom{k-\lambda}{l}
&= \sum_{\lambda=0}^{k} \binom{n}{k-\lambda}\binom{k-\lambda+1}{\lambda+1} \\
&= \sum_{\lambda=0}^{k} \binom{n}{\lambda} \binom{n-\lambda}{k-2\lambda}
\end{align}
$$

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