Для того чтобы точно составить хотя бы по одной паре для каждого члена семьи, нужно рассмотреть самый неблагоприятный случай. У нас 4 члена семьи: папа, старший сын, средний сын и младший сын. Каждому нужна пара носков определённого цвета.
В худшем случае мы будем доставать носки так:
Таким образом, в самом неблагоприятном случае нам нужно достать:
\( 5 \text{ пар (чёрные)} + 5 \text{ пар (синие)} + 5 \text{ пар (зелёные)} + 1 \text{ пара (фиолетовые)} = 16 \) пар носков.
В этом случае мы точно получим по одной паре для каждого члена семьи.
Ответ: 16 шт.