27个单位正方体
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立体几何
概率
组合
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华山论剑 -- 2021年09月08日

摘要
单位正方体有四面被染了颜色,共27个随机排列组成一个大正方体, 这个大正方体表面都被染色的概率是多少呢?
在一个骰子的六个面中随机选择两个不同的面一共有多少组合呢?
答案是种.
那么这两个面互为对立面的概率是多少呢?
互为对立面共有3种情况, 因此概率为.
因此剩下的12种情况, 这两个面都应该是相邻的. 因为在一个骰子中, 两个不同的面不是对立, 那么一定共用一条棱. 考虑到这一点, 你能完成今天的挑战题吗?
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题目
有27个单位正方体, 将每个正方体的六个面中四个面染上颜色, 使得未染色的两个面有一条公共棱. 再将这27个单位正方体随机地组成一个的大正方体. 设这个大正方体的表面全部都有颜色的概率
(
为不同的质数,
) 则
的值为 __________.

选项
57
68
74
81
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显然, 一个单位正方体露在外面的面是被染过色的充要条件是它的未被染色的两个面的公共棱(除去端点)是含在大正方体内部的.
对于顶点处的8个小正方体的每一个来说, 它的未染色的公共棱含在大正方体内共有3种可能; 对于棱的中点对应的12个小正方体的每一个来说, 未被染色的公共棱含在大正方体内共有5种可能; 而面中心对应的小正方体共有8种可能.
因此, 所求大正方体的表面全部都有颜色的概率为
从而,
.