a) Ta chia ra 5 trường hợp như sau:
* Th1: “Sắp xếp sao cho có toa chứa cả 4 khách” . Chú ý là chỉ có 1 toa chứa 4 người nên công việc này phân tích ra là:
- Sắp 4 người vào 1 toa: có 3 cách
- Hai toa còn lại để trống, tức chỉ có 1 cách.
Như vậy hành động này có 3.1 =3 cách thực hiện.
* Th2: “ Sắp xếp sao cho có toa chứa 3 khách”. Chú ý là cũng chỉ có khả năng có tối đa 1 toa chứa 3 người. Công việc có 24 cách thực hiện (theo b)
* Th3: “ Sắp xếp sao cho có toa chứa 2 khách”. Công việc này thực hiện được phải qua 2 hành động liên tiếp:
- Hđ1: Chọn 2 khách (trong 4 khách) vào 1 phòng ( trong 3 phòng):
+ Chọn 2 khách: có 4C2 = 6 cách
+ Sau khi chọn 2 khách, đưa vào 1 phòng trong 3 phòng: có 3 cách
Như vậy công việc này có: 6.3 = 18 cách thực hiện
- Hđ 2: Sau khi đưa 2 khách vào 1 phòng, ta cần phải đưa 2 khách còn lại vào 2 hoặc 1 toa còn lại. Để thực hiện hành động này, ta có thể làm 1 trong 2 cách:
+ Cách 1: Đưa 2 người vào cùng 1 toa: có 2 cách
+ Cách 2: Đưa 1 người vào 1 toa: có 2 cách.
Như vậy hành động này có: 2 +2 = 4 cách thực hiện
Vậy trong Th3 sẽ có: 18.4 = 72 cách thực hiện.
* Th4: “ Sắp xếp sao cho có toa chứa 1 khách”. Để thực hiện công việc này, cần phải thực hiện 2 hành động liên tiếp:
- Hành động 1: Chọn 1 trong 4 khách bỏ vào 1 trong 3 toa: có 4C1*3=12 cách.
- Hành động 2: Sau khi thực hiện hành động 1, Đưa 3 khách còn lại vào 2 phòng còn lại.
Để thực hiện hành được hành động 2, có 1 trong 2 cách thực hiện sau:
+ C1: Bỏ 3 khách vào 1 toa, toa còn lại để trống --- > Đã trùng với Th2, nên không tính nữa.
+ C2: Bỏ 2 khách vào 1 toa, khách còn lại vào toa còn lại --- > Đã trùng với Th2 nên không tính nữa.
Như vậy Th4 này đã xảy ra ở các Th2 và Th3 nên không tính vào nữa.
* Th5: “ Sắp xếp sao cho có toa không chứa khách”. Để thực hiện công việc này cần phải thực hiện 2 hành động liên tiếp:
- HĐ1: Để 1 trong 3 toa trống: có 3 cách
- HĐ2: Sắp 4 người vào 2 toa còn lại. Có 1 trong 3 cách sau để hoàn thành công việc này:
+ Sắp 4 khách vào 1 toa, toa còn lại để trống -- > Đã trùng với Th1, nên không xét.
+ Sắp 3 khách vào 1 toa, toa còn lại 1 khách -- > Đã trùng với Th2, không xét nữa.
+ Sắp 2 khách vào 1 toa, toa còn lại cũng 2 khách -- > Đã trùng với Th3, không xét nữa.
Như vậy, Th5 đã xảy ra ở các trường hợp đã xét nên không tính thêm.
Tóm lại, tổng hợp các kết quả suy ra đáp số bài toán là: 3 + 24 + 72 = 99 cách.