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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