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在这个问题中,我们需要安排三个家庭围坐在一张圆桌旁。每个家庭由一对夫妻和一个孩子组成,总共九个人。我们需要满足三个条件:每个家庭的父母必须坐在孩子的两侧;任何两个父亲不能相邻;三个孩子彼此之间不能相邻。我们的目标是计算出符合所有条件的排列总数。
首先,我们分析第一个条件:每个家庭的父母必须坐在孩子的两侧。这意味着每个家庭必须坐在一起,形成一个三人整体,结构必须是父母-孩子-父母。也就是说,孩子在中间,父亲和母亲分别在孩子的两侧。这样,我们可以将每个家庭视为一个整体单元来考虑排列问题。
现在,我们将每个家庭视为一个整体单元。每个家庭内部有两种可能的排列方式:父亲-孩子-母亲,或者母亲-孩子-父亲。接下来,我们考虑这三个家庭单元在圆桌上的排列。由于是圆桌排列,只需考虑相对位置,所以3个不同单元的圆桌排列总数是(3-1)阶乘,也就是2种不同的排列方式。
现在我们分析第二个条件:任何两个父亲不能相邻。我们需要考虑相邻家庭单元之间的连接处。如果家庭i的朝向是父-子-母,那么其右侧是母亲;如果家庭i的朝向是母-子-父,那么其右侧是父亲。同样,如果家庭j的朝向是父-子-母,那么其左侧是父亲;如果家庭j的朝向是母-子-父,那么其左侧是母亲。根据条件,我们必须避免这样的情况:家庭i的右侧是父亲,同时家庭j的左侧也是父亲,因为这会导致两个父亲相邻。
现在我们来计算满足所有条件的排列总数。首先,家庭整体的圆桌排列方式有(3-1)阶乘,即2种。对于每种排列方式,我们需要检查朝向组合。每个家庭有2种朝向,总共有2的3次方,即8种组合。但根据我们之前的分析,禁止相邻家庭出现母-子-父和父-子-母的组合,因为这会导致两个父亲相邻。经过检查,对于任意排列,只有两种朝向组合满足条件:要么所有家庭都是父-子-母,要么所有家庭都是母-子-父。至于第三个条件"三个孩子彼此不相邻",由于每个家庭的孩子都在父母中间,这个条件自动满足。因此,总排列数等于2乘以2,得到4种不同的排列方式。