京大理系数学'25年前期[6]

nは2以上の整数とする。1枚の硬貨を続けてn回投げる。このとき、k回目()に表が出たら,裏が出たらとして、,,・・・,を定める。
とするとき、が奇数である確率を求めよ。


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解答 の場合、の場合、の場合を具体的に調べて行くと、問題のカラクリが見えてきます。

 ・・・�@
以下で、硬貨投げで表が出るとき〇,裏が出るとき●と表します。回目、k回目に○○と続くときにとなります。
のとき、�@は、,硬貨の出方は以下の4通りあります。
●● 
●〇 
〇● 
〇〇 
よって、が奇数になる
確率は、 ・・・�@
のとき、�@は、,硬貨の出方は以下の8通りあります。
●●● ,,
●●〇 ,,
●〇● ,,
●○○ ,,
○●● ,,
○●○ ,,
○○● ,,
○○○ ,,
よって、が奇数になる確率は、 ・・・�A
のとき、�@は、,硬貨の出方は以下の16通りあります。
●●●● ,,,
●●●○ ,,,
●●○● ,,,
●●○○ ,,,
●○●● ,,,
●○●○ ,,,
●○○● ,,,
●○○○ ,,,
○●●● ,,,
○●●○ ,,,
○●○● ,,,
○●○○ ,,,
○○●● ,,,
○○●○ ,,,
○○○● ,,,
○○○○ ,,,
よって、が奇数になる確率は、 ・・・�B
のときを見ると、n回硬貨投げをしてが奇数になるのは、
回硬貨投げをしてが偶数(上記では、最初の2回で少なくとも一方が●のときで、確率)で、回目、n回目で○○と出るとき(確率)、
あるいは、
回硬貨投げをしてが奇数(上記では、最初の2回が○○のときで、確率)で、回目が●、または、回目、n回目が○○のとき(確率)、
です。これより、として、
 (積事象・和事象・余事象を参照)
 ・・・�C
kを2以上の整数として、のとき、
 ・・・�D (2項間漸化式を参照)
 ・・・�E ∴
�D−�Eより、
()は、公比,初項の等比数列です。
 
∴
 ・・・�F
この結果は、,より�@,�Bを満たしていて、のときにも成り立ちます。
同様に、
kを2以上の整数として、のとき、�Cより、

()は、公比,初項の等比数列です。
 
∴
 ・・・�G
この結果は、より�Aを満たしていて、のときにも成り立ちます。

kを自然数として、
のとき、,�Fより、
のとき、,�Gより、
......[答]



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