Question Number 56913 by Joel578 last updated on 26/Mar/19
$$\mathrm{How}\:\mathrm{many}\:\mathrm{possible}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{sets}\:\mathrm{that}\:\mathrm{satisfy}\: \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} \:+\:{x}_{\mathrm{2}} \:+\:{x}_{\mathrm{3}} \:+\:{x}_{\mathrm{4}} \:=\:\mathrm{5} \\ $$$$\mathrm{with} \\ $$$$\mathrm{0}\:\leqslant\:{x}_{\mathrm{1}} \:\leqslant\:\mathrm{3}\:\: \\ $$$$\mathrm{0}\:\leqslant\:{x}_{\mathrm{2}} \:\leqslant\:\mathrm{3} \\ $$$$\mathrm{0}\:\leqslant\:{x}_{\mathrm{3}} \:\leqslant\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{0}\:\leqslant\:{x}_{\mathrm{4}} \:\leqslant\:\mathrm{2} \\ $$
Commented by 121194 last updated on 26/Mar/19
$$\mathrm{3}\:\mathrm{2}\:\mathrm{0}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{3}\:\mathrm{1}\:\mathrm{1}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{3}\:\mathrm{1}\:\mathrm{0}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{3}\:\mathrm{0}\:\mathrm{2}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{3}\:\mathrm{0}\:\mathrm{1}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{3}\:\mathrm{0}\:\mathrm{0}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{3}\:\mathrm{0}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{2}\:\mathrm{1}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{2}\:\mathrm{0}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{1}\:\mathrm{2}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{1}\:\mathrm{1}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{1}\:\mathrm{0}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{0}\:\mathrm{2}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{2}\:\mathrm{0}\:\mathrm{1}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{3}\:\mathrm{1}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{3}\:\mathrm{0}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{2}\:\mathrm{2}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{2}\:\mathrm{1}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{2}\:\mathrm{0}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{1}\:\mathrm{2}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{1}\:\mathrm{1}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{1}\:\mathrm{0}\:\mathrm{2}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{0}\:\mathrm{3}\:\mathrm{2}\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{0}\:\mathrm{3}\:\mathrm{1}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{0}\:\mathrm{3}\:\mathrm{0}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{0}\:\mathrm{2}\:\mathrm{2}\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{0}\:\mathrm{2}\:\mathrm{1}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{0}\:\mathrm{1}\:\mathrm{2}\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{28} \\ $$
Commented by Joel578 last updated on 27/Mar/19
$${thank}\:{you}\:{very}\:{much} \\ $$
Answered by mr W last updated on 26/Mar/19
$${using}\:{generating}\:{functions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} :\:\mathrm{1}+{t}+{t}^{\mathrm{2}} +{t}^{\mathrm{3}} \\ $$$${x}_{\mathrm{2}} :\:\mathrm{1}+{t}+{t}^{\mathrm{2}} +{t}^{\mathrm{3}} \\ $$$${x}_{\mathrm{3}} :\:\mathrm{1}+{t}+{t}^{\mathrm{2}} \\ $$$${x}_{\mathrm{4}} :\:\mathrm{1}+{t}+{t}^{\mathrm{2}} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} :\:\left(\mathrm{1}+{t}+{t}^{\mathrm{2}} +{t}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}+{t}+{t}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} =\frac{\left(\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{4}} \right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−{t}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{2}} {\sum}}{C}_{{k}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} {t}^{\mathrm{4}{k}} \underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{2}} {\sum}}{C}_{{k}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} {t}^{\mathrm{3}{k}} \underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{C}_{{k}} ^{\mathrm{3}+{k}} {t}^{{k}} \\ $$$$ \\ $$$${coef}.\:{of}\:{term}\:{t}^{\mathrm{5}} : \\ $$$${C}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{1}} {C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{0}} {C}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{4}} +{C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{0}} {C}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{1}} {C}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{5}} +{C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{0}} {C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{0}} {C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{8}} \\ $$$$=−{C}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} {C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} {C}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{4}} −{C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} {C}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} {C}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{5}} +{C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} {C}_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} {C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{8}} \\ $$$$=−\mathrm{2}×\mathrm{4}−\mathrm{2}×\mathrm{10}+\mathrm{56} \\ $$$$=\mathrm{28} \\ $$$$ \\ $$$$\Rightarrow{there}\:{are}\:\mathrm{28}\:{possible}\:{solutions}\:{for} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} \:+\:{x}_{\mathrm{2}} \:+\:{x}_{\mathrm{3}} \:+\:{x}_{\mathrm{4}} \:=\:\mathrm{5} \\ $$$${under}\:{given}\:{conditions}. \\ $$$$ \\ $$$${other}\:{terms}\:{see}\:{below}: \\ $$
Commented by mr W last updated on 26/Mar/19
Commented by mr W last updated on 26/Mar/19
$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{0}\:\Rightarrow\:\mathrm{1}\:{solution} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\mathrm{4}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{2}\:\Rightarrow\:\mathrm{10}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{3}\:\Rightarrow\:\mathrm{18}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{4}\:\Rightarrow\:\mathrm{25}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{5}\:\Rightarrow\:\mathrm{28}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{6}\:\Rightarrow\:\mathrm{25}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{7}\:\Rightarrow\:\mathrm{18}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{8}\:\Rightarrow\:\mathrm{10}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{9}\:\Rightarrow\:\mathrm{4}\:{solutions} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{3}} +{x}_{\mathrm{4}} =\mathrm{10}\:\Rightarrow\:\mathrm{1}\:{solution} \\ $$
Commented by Joel578 last updated on 27/Mar/19
$${thank}\:{you}\:{very}\:{much} \\ $$