慶大理工数学'21年[3]
nを自然数とする。1個のさいころを繰り返し投げる実験を行い、繰り返す回数が回に達するか、5以上の目が2回連続して出た場合に実験を終了する。下の表は、の場合の例である。例aでは、5以上の目が2回連続して出ず、5回で実験を終了した。例bでは、5以上の目が2回連続して出たため、3回で実験を終了した。
| 1回目 | 2回目 | 3回目 | 4回目 | 5回目 |
例a | 4 | 6 | 1 | 2 | 1 |
例b | 3 | 6 | 5 | | |
この実験において、Aを「5以上の目が2回連続して出る」事象、非負の整数kに対しを「5未満の目が出た回数がちょうどkである」事象とする。一般に、事象Cの確率を,Cが起こったときの事象Dが起こる条件付き確率をと表す。
(1) のとき、である。
(2) のとき、である。
以下、とする。
(3) となるkの値の範囲は、と表すことができる。このをnの式で表すとである。
(4) とおく。のとき、を求めるとである。また、とおくとである。
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解答 目の出方についてしっかり図を描いて、題意をよくつかんで解答するようにする必要があります。
(1) のとき、繰返し回数は最大回です。は5未満の目がちょうど1回出る事象です。1, 2, 3, 4の目が出る事象(確率)を○、5, 6の目が出る事象(確率)を△で表す(△が2回続くと実験終了)と、 よって、 ......[サ]
(2) のとき、繰り返し回数は最大回です。は5未満の目がちょうど2回出る事象です。 ○○△△ 確率 ・・・@
○△○△△ 確率 ・・・A
△○○△△ 確率 ・・・B
△○△○△ 確率 ・・・C これより、
このうちで、事象Aの条件:「5以上の目が2回連続する」を満たしに入るのは、最後の3回が○△△となる@,A,Bで、
よって(条件付き確率を参照)、 ......[シ]
(3) なので、ということは、ということです。(2)では、になっていますが、それはCの場合、つまり、最後の3回が'○△△'になっていない場合があるからです。 '△△'で実験は終了します。また、△が3回続くことはないので、となるためには、最後の3回は'○△△'でなければいけません。
もっと言い換えると、,即ち、,つまりとなるのは、「5未満の目が出た回数がちょうどkである」ときは必ず「5以上の目が2回連続して出る」ということです。
実験は最大回繰り返されます。○がk回起こりますが、実験の最後の3回は'○△△'で、そこまでに○が回,△は最大k回(△から始まって△と○が交互に起きて最後が△のとき)起きるので、 これを満たす最大の整数kは,よって、 ......[ス]
(4) (3)より、⇒ですが、⇒かどうかはわかりません。は、「5以上の目が2回連続して出る」かつ「5未満の目が出た回数がちょうどkである」確率です。 のとき、は、5以上の目が2回連続して出て、5未満の目が0回出る場合で、 △△ 確率,よって、 のとき、は、5以上の目が2回連続して出て、5未満の目が1回出る場合で、 ○△△ 確率 ・・・D
△○△△ 確率 ・・・E
よって、 のとき、は、5以上の目が2回連続して出て、5未満の目が2回出る場合で、 ○○△△ 確率 ・・・F○△○△△ 確率 ・・・G
△○○△△ 確率 ・・・H
△○△○△△ 確率 ・・・I
よって、 の場合との場合を比較すると、Dの'○△△'の前に'○'が付くとF,'○△'が付くとGになります。Eの最初の△のあとに'○'が付くとH,'○△'が付くとIになります。'○'の確率は,'○△'の確率は,合わせて,となっています。の場合との場合の間にも、という関係があります。
の場合との場合を比較しても、○の回数が1回増えると、'○'のみ1回増える場合と、'○'と'△'が1つずつ増える場合とがあり、'○'と'○△'合わせて確率がなので、となります。
以上より、は初項,公比の等比数列で、 ......[セ] J−Kより、
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