日本医科大学/2022年度/前期

II日本医科大学 2022年 数学 第II問解答・解説

場合の数と確率数と式数列

1問題

日本医科大学2022年度第II問
nn を1以上の整数とし、x,yx,y を1以上 nn 以下の整数とする。中が見えない2つの箱 A,BA,B があり、AA には赤球 xx 個と白球 n−xn-x 個が、BB には赤球 yy 個と白球 n−yn-y 個が、それぞれ入っている。どの目も出る確率が 16\frac{1}{6} である1つのさいころを1回投げて、1の目が出たら AA から1球を取り出し、1以外の目が出たら BB から1球を取り出すことを考える。その結果、赤球が取り出されたとき、この赤球が AA から取り出された確率を pp として以下の各問いに答えよ。
問1 pp を求めよ。答えのみでよい。
問2 16≦p≦27\frac{1}{6}\leqq p\leqq\frac{2}{7} を満たす座標平面上の点 (x,y)(x,y) の個数 N(n)N(n) を求めよ。
問3 問2の N(n)N(n) に対して、N(n)<2022N(n)<2022 を満たす最大の整数 nn を求めよ。

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

赤球が AA から出る確率は (1/6)(x/n)(1/6)(x/n)、赤球が BB から出る確率は (5/6)(y/n)(5/6)(y/n) なので、条件付き確率は
p=x/6x/6+5y/6=xx+5y. p=\frac{x/6}{x/6+5y/6}=\frac{x}{x+5y}.
分母は正である。

16≦p≦27\dfrac16\leqq p\leqq\dfrac27 を x,yx,y で整理すると x≧yx\geqq y、x≦2yx\leqq2y。従って yy を固定すると x=y,y+1,⋯ ,min⁡(2y,n)x=y,y+1,\cdots,\min(2y,n) である。

n=2qn=2q のとき、1≦y≦q1\leqq y\leqq q の寄与は y+1y+1 個、q+1≦y≦2qq+1\leqq y\leqq2q の寄与は 2q−y+12q-y+1 個だから、
N(2q)=∑y=1q(y+1)+∑y=q+12q(2q−y+1)=q(q+2). N(2q)=\displaystyle\sum_{y=1}^{q}(y+1)+\sum_{y=q+1}^{2q}(2q-y+1)=q(q+2).

n=2q+1n=2q+1 のとき、前半 1≦y≦q1\leqq y\leqq q は同様で、後半 q+1≦y≦2q+1q+1\leqq y\leqq2q+1 の個数は 2q+2−y2q+2-y なので、
N(2q+1)=∑y=1q(y+1)+∑y=q+12q+1(2q+2−y)=q2+3q+1. N(2q+1)=\displaystyle\sum_{y=1}^{q}(y+1)+\sum_{y=q+1}^{2q+1}(2q+2-y)=q^2+3q+1.

n=87n=87 では q=43q=43 で N(87)=432+3⋅43+1=1979<2022N(87)=43^2+3\cdot43+1=1979<2022。一方、n=88n=88 では q=44q=44 で N(88)=44(44+2)=2024≧2022N(88)=44(44+2)=2024\geqq2022。N(n)N(n) は nn とともに増加するため、条件を満たす最大の nn は 8787 である。

単調性も偶奇公式から直接確認できる。q≧0q\geqq0 に対して
N(2q+1)−N(2q)=q+1>0,N(2q+2)−N(2q+1)=q+2>0. N(2q+1)-N(2q)=q+1>0,\qquad N(2q+2)-N(2q+1)=q+2>0.
よって N(n)N(n) は整数 n≧1n\geqq1 で nn が1増えるたびに必ず増加する。

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

この問題で使う考え方

  • 条件付き確率
  • 確率の基本法則
  • 和の法則
  • 一次不等式
  • 総和記号と数列の和
  • 等差数列の一般項と和

答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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