Question Number 134498 by bemath last updated on 04/Mar/21
$$ \\ $$Consider a 12-letter word made up of 8 b’s and 4 a’s. what is the probability that randomly shuffling its letters lets exactly two a’s come together and two other a’s be separated (as in the following example: baababbabbbb)?
Answered by EDWIN88 last updated on 04/Mar/21
$$\mathrm{The}\:\mathrm{required}\:\mathrm{probability}\:\mathrm{is}\:\mathrm{equal}\:\mathrm{to}\left(\:\mathrm{the}\:\mathrm{number}\right. \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{permutations}\:\mathrm{with}\:\mathrm{2}\:\mathrm{a}'\mathrm{s}\:\mathrm{together}\:\mathrm{and}\:\mathrm{2}\:\mathrm{a}'\mathrm{s} \\ $$$$\left.\mathrm{separated}\right)\mathrm{divided}\:\mathrm{by}\:\mathrm{the}\:\mathrm{total}\:\mathrm{numbers}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{permutations} \\ $$$$\left(\bullet\right)\:\mathrm{The}\:\mathrm{permutations}\:\mathrm{with}\:\mathrm{2}\:\mathrm{a}'\mathrm{s}\:\mathrm{together}\: \\ $$$$\mathrm{and}\:\mathrm{2}\:\mathrm{a}'\mathrm{s}\:\mathrm{separated}\:\mathrm{can}\:\mathrm{end}\:\mathrm{with}\:\mathrm{b}\:\mathrm{or}\:\mathrm{ba}\:\mathrm{or} \\ $$$$\mathrm{baa}\:. \\ $$$$\left(\mathrm{1}\right)\mathrm{The}\:\mathrm{permutations}\:\mathrm{which}\:\mathrm{end}\:\mathrm{with}\:\mathrm{b}\:\mathrm{can}\: \\ $$$$\mathrm{be}\:\mathrm{formed}\:\mathrm{by}\:\mathrm{combining}\:\mathrm{the}\:\mathrm{character}\:\mathrm{or} \\ $$$$\mathrm{string}\::\:\mathrm{aab},\:\mathrm{ab},\:\mathrm{ab}\:\mathrm{and}\:\mathrm{5b}'\mathrm{s}\:.\:\mathrm{The}\:\mathrm{number} \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{these}\:\mathrm{is}\:\mathrm{C}_{\mathrm{1}} ^{\:\mathrm{8}} \:×\:\mathrm{C}_{\mathrm{2}} ^{\:\mathrm{7}} \:=\:\mathrm{168} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right)\:\mathrm{The}\:\mathrm{permutations}\:\mathrm{which}\:\mathrm{end}\:\mathrm{in}\:\mathrm{baa}\:\mathrm{be} \\ $$$$\mathrm{formed}\:\mathrm{by}\:\mathrm{combining}\:\mathrm{the}\:\mathrm{characters}\:\mathrm{or} \\ $$$$\mathrm{string}\::\:\mathrm{aab},\:\mathrm{ab}\:\mathrm{6b}'\mathrm{s}\:\mathrm{and}\:\mathrm{the}\:\mathrm{final}\:\mathrm{a}\:. \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{number}\:\mathrm{of}\:\mathrm{these}\:\mathrm{is}\:\mathrm{C}_{\:\mathrm{1}} ^{\:\mathrm{8}} \:×\:\mathrm{C}_{\mathrm{1}} ^{\:\mathrm{7}} \:=\:\mathrm{56} \\ $$$$\:\left(\mathrm{3}\right)\:\mathrm{The}\:\mathrm{permutations}\:\mathrm{which}\:\mathrm{end}\:\mathrm{in}\:\mathrm{baa}\:\mathrm{can}\:\mathrm{be} \\ $$$$\mathrm{formed}\:\mathrm{by}\:\mathrm{combining}\:\mathrm{the}\:\mathrm{characters}\:\mathrm{of}\:\mathrm{string} \\ $$$$\mathrm{ab},\:\mathrm{ab},\:\mathrm{6b}'\mathrm{s}\:\mathrm{and}\:\mathrm{the}\:\mathrm{final}\:\mathrm{aa}.\: \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{number}\:\mathrm{of}\:\mathrm{these}\:\mathrm{is}\:\mathrm{C}_{\mathrm{2}} ^{\:\mathrm{8}} \:=\:\mathrm{28} \\ $$$$\left(\mathrm{4}\right)\mathrm{The}\:\mathrm{total}\:\mathrm{number}\:\mathrm{of}\:\mathrm{permutations}\:\mathrm{is} \\ $$$$\:\mathrm{C}_{\mathrm{4}} ^{\:\mathrm{12}} \:=\:\mathrm{495} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{So}\:\mathrm{the}\:\mathrm{probability}\:\mathrm{is}\:\frac{\mathrm{168}+\mathrm{56}+\mathrm{28}}{\mathrm{495}}\:=\:\frac{\mathrm{28}}{\mathrm{55}} \\ $$
Answered by mr W last updated on 04/Mar/21
$$\Box{aa}\boxdot{a}\boxdot{a}\Box \\ $$$$\boxdot={one}\:{or}\:{more}\:{b}'{s} \\ $$$$\Box={zero}\:{or}\:{more}\:{b}'{s} \\ $$$$\left(\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} +…\right)^{\mathrm{2}} \left({x}+{x}^{\mathrm{2}} +{x}^{\mathrm{3}} +…\right)^{\mathrm{2}} ={x}^{\mathrm{2}} \underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{C}_{\mathrm{3}} ^{{k}+\mathrm{3}} {x}^{{k}} \\ $$$${coef}.\:{of}\:{x}^{\mathrm{8}} \:{term}\:{is}\:{at}\:{k}=\mathrm{6}:\:{C}_{\mathrm{3}} ^{\mathrm{6}+\mathrm{3}} \\ $$$${number}\:{of}\:{valid}\:{words}:\:{C}_{\mathrm{3}} ^{\mathrm{6}+\mathrm{3}} ×\frac{\mathrm{3}!}{\mathrm{2}!}=\mathrm{252} \\ $$$${total}\:{number}\:{of}\:{words}:\:\frac{\mathrm{12}!}{\mathrm{4}!\mathrm{8}!}=\mathrm{495} \\ $$$${p}=\frac{{C}_{\mathrm{3}} ^{\mathrm{6}+\mathrm{3}} ×\frac{\mathrm{3}!}{\mathrm{2}!}}{\frac{\mathrm{12}!}{\mathrm{4}!\mathrm{8}!}}=\frac{\mathrm{252}}{\mathrm{495}}=\frac{\mathrm{28}}{\mathrm{55}} \\ $$