We have 10 standard 6-sided dice, all different colors.
In how many ways can we roll them to get a sum of 20?
1.
The number of ways of partitioning 20 into exactly 10 distinct parts with the 6 numbers {1,2,3,4,5,6} we have:
30 partitions of 20 into ten distinct parts:
The 30 distinct partitions with the sum 20 are:
1.) {2,2,2,2,2,2,2,2,2,2}
2.) {1,2,2,2,2,2,2,2,2,3}
3.) {1,1,2,2,2,2,2,2,3,3}
4.) {1,1,2,2,2,2,2,2,2,4}
5.) {1,1,1,2,2,2,2,3,3,3}
6.) {1,1,1,2,2,2,2,2,3,4}
7.) {1,1,1,2,2,2,2,2,2,5}
8.) {1,1,1,1,2,2,3,3,3,3}
9.) {1,1,1,1,2,2,2,3,3,4}
10.) {1,1,1,1,2,2,2,2,4,4}
11.) {1,1,1,1,2,2,2,2,3,5}
12.) {1,1,1,1,2,2,2,2,2,6}
13.) {1,1,1,1,1,3,3,3,3,3}
14.) {1,1,1,1,1,2,3,3,3,4}
15.) {1,1,1,1,1,2,2,3,4,4}
16.) {1,1,1,1,1,2,2,3,3,5}
17.) {1,1,1,1,1,2,2,2,4,5}
18.) {1,1,1,1,1,2,2,2,3,6}
19.) {1,1,1,1,1,1,3,3,4,4}
20.) {1,1,1,1,1,1,3,3,3,5}
21.) {1,1,1,1,1,1,2,4,4,4}
22.) {1,1,1,1,1,1,2,3,4,5}
23.) {1,1,1,1,1,1,2,3,3,6}
24.) {1,1,1,1,1,1,2,2,5,5}
25.) {1,1,1,1,1,1,2,2,4,6}
26.) {1,1,1,1,1,1,1,4,4,5}
27.) {1,1,1,1,1,1,1,3,5,5}
28.) {1,1,1,1,1,1,1,3,4,6}
29.) {1,1,1,1,1,1,1,2,5,6}
30.) {1,1,1,1,1,1,1,1,6,6}
2.
In how many ways can we roll them to get a sum of 20?
We need the permutations of each partitions and the sum is the answer.
\(\begin{array}{rcll} 1.)& \{2,2,2,2,2,2,2,2,2,2\} & \frac{10!}{10!} &=& 1 \\ 2.)& \{1,2,2,2,2,2,2,2,2,3\} & \frac{10!}{1!8!1!} &=& 90 \\ 3.)& \{1,1,2,2,2,2,2,2,3,3\} & \frac{10!}{2!6!2!} &=& 1260 \\ 4.)& \{1,1,2,2,2,2,2,2,2,4\} & \frac{10!}{2!6!1!} &=& 360 \\ 5.)& \{1,1,1,2,2,2,2,3,3,3\} & \frac{10!}{3!4!3!} &=& 4200 \\ 6.)& \{1,1,1,2,2,2,2,2,3,4\} & \frac{10!}{3!5!1!1!} &=& 5040 \\ 7.)& \{1,1,1,2,2,2,2,2,2,5\} & \frac{10!}{3!6!1!} &=& 840 \\ 8.)& \{1,1,1,1,2,2,3,3,3,3\} & \frac{10!}{4!2!4!} &=& 3150 \\ 9.)& \{1,1,1,1,2,2,2,3,3,4\} & \frac{10!}{4!3!2!1!} &=& 12600 \\ 10.)& \{1,1,1,1,2,2,2,2,4,4\} & \frac{10!}{4!4!2!} &=& 3150 \\ 11.)& \{1,1,1,1,2,2,2,2,3,5\} & \frac{10!}{4!4!1!1!} &=& 6300 \\ 12.)& \{1,1,1,1,2,2,2,2,2,6\} & \frac{10!}{4!5!1!} &=& 1260 \\ 13.)& \{1,1,1,1,1,3,3,3,3,3\} & \frac{10!}{5!5!} &=& 252 \\ 14.)& \{1,1,1,1,1,2,3,3,3,4\} & \frac{10!}{5!1!3!1!} &=& 5040 \\ 15.)& \{1,1,1,1,1,2,2,3,4,4\} & \frac{10!}{5!2!1!2!} &=& 7560 \\ 16.)& \{1,1,1,1,1,2,2,3,3,5\} & \frac{10!}{5!2!2!1!} &=& 7560 \\ 17.)& \{1,1,1,1,1,2,2,2,4,5\} & \frac{10!}{5!3!1!1!} &=& 5040 \\ 18.)& \{1,1,1,1,1,2,2,2,3,6\} & \frac{10!}{5!3!1!1!} &=& 5040 \\ 19.)& \{1,1,1,1,1,1,3,3,4,4\} & \frac{10!}{6!2!2!} &=& 1260 \\ 20.)& \{1,1,1,1,1,1,3,3,3,5\} & \frac{10!}{6!3!1!} &=& 840 \\ 21.)& \{1,1,1,1,1,1,2,4,4,4\} & \frac{10!}{6!1!3!} &=& 840 \\ 22.)& \{1,1,1,1,1,1,2,3,4,5\} & \frac{10!}{6!1!1!1!1!} &=& 5040 \\ 23.)& \{1,1,1,1,1,1,2,3,3,6\} & \frac{10!}{6!1!2!1!} &=& 2520 \\ 24.)& \{1,1,1,1,1,1,2,2,5,5\} & \frac{10!}{6!2!2!} &=& 1260 \\ 25.)& \{1,1,1,1,1,1,2,2,4,6\} & \frac{10!}{6!2!1!1!} &=& 2520 \\ 26.)& \{1,1,1,1,1,1,1,4,4,5\} & \frac{10!}{7!2!1!} &=& 360 \\ 27.)& \{1,1,1,1,1,1,1,3,5,5\} & \frac{10!}{7!1!2!} &=& 360 \\ 28.)& \{1,1,1,1,1,1,1,3,4,6\} & \frac{10!}{7!1!1!1!} &=& 720 \\ 29.)& \{1,1,1,1,1,1,1,2,5,6\} & \frac{10!}{7!1!1!1!} &=& 720 \\ 30.)& \{1,1,1,1,1,1,1,1,6,6\} & \frac{10!}{8!2!} &=& 45 \\ \hline && \text{sum} &=& 85228 \end{array} \)
3.
The probability is:
\(\begin{array}{rcll} \frac{ 85228 } { 6^{10} } &=& \frac{ 85228 } { 60466176 } \\ &=& 0.00140951530 \end{array}\)
