En attendant la réponse du Pr. Staccini (qui devrait sans doute aller dans ce sens), voici comment résoudre l'exemple des boites et des craies, ou tout autre qcm similaire.
EXERCICE: "On dispose de 3 boîtes et de 5 craies de couleurs rouge, bleue, jaune, orange et verte."
Combien de façon distinctes peut-on ranger les 5 craies dans les 3 boîtes en laissant une des boîtes vide ?"
• Cela revient donc à ranger les 5 craies dans 2 boîtes.
REPONSE: "Le rangement des craies dans les 2 boîtes restantes est alors application d'un ensemble de 5 éléments dans un ensemble à 2 éléments. Il y a 2⁵ façons de procéder à un tel rangement. On a donc: 3 x 2⁵ = 96 rangements possibles"
Pour commencer, on doit choisir la boîte que l'on laisse vide. On a 3 possibilités pour ça (d'où un "x3" au résultat).
Ensuite, il nous reste à placer nos 5 craies dans les 2 boites restantes. On a bien une application de 5 éléments dans un ensemble à 2 éléments. Il y a bien 25 façons de procéder à un tel rangement. Sauf qu'il y a une subtilité.
Imaginons qu'on décide de laisser vide la boîte A.
On va ranger nos 5 craies dans les boîtes B et C.
On peut les ranger ainsi :
-Craie 1 dans la boîte B, Craies 2, 3, 4, et 5 dans la boîte C.
-Craies 1 et 2 dans la boîte B, Craies 3, 4 et 5 dans la boîte C.
...
-Craies 2 et 5 dans la boite B, Craies 1, 3 et 4 dans la boîte C.
...
-Craies 1, 2, 3, 4, et 5 dans la boîte B, aucune dans la boîte C.
-Craies 1, 2, 3, 4, et 5 dans la boîte C, aucune dans la boîte B.
Rien ne vous choque ?
Les 2 derniers tirets : il y a une des boîtes B et C qui est vide. Sauf qu'on avait déjà laissé la boîte A vide ! Donc on a 2 boîtes vides dans ces 2 cas là, alors qu'on ne voulait les possibilités d'avoir qu'UNE seule boîte vide !
Ceci est valable peu importe la boîte qu'on choisit de laisser vide au départ (donc 3x).
Donc on doit retirer 2 possibilités, et cela 3x, soit 6 possibilités au total.
Donc le résultat final est : 3x 25 - 2 x3