岡山大学/2024年度/前期

2岡山大学 2024年 数学 第2問解答・解説

場合の数と確率数列

1問題

岡山大学2024年度第2問
数直線上を動く点 PP がある。点 PP は、原点 OO を出発して、1枚のコインを1回投げるごとに、表が出たら数直線上を正の向きに1だけ進み、裏が出たら数直線上を負の向きに1だけ進むものとする。コインの表が出る確率と裏が出る確率はともに 12\dfrac{1}{2} であるとし、コインを nn 回投げ終えた時点での点 PP の座標を xnx_n とする。コインを10回投げるとき、以下の問いに答えよ。

(1) x10=0x_{10}=0 となる確率を求めよ。

(2) x5≠1x_5\neq 1 かつ x10=0x_{10}=0 となる確率を求めよ。

(3) 0≦xn≦3 (n=1,2,⋯ ,9)0\leqq x_n\leqq 3\ (n=1,2,\cdots,9) かつ x10=0x_{10}=0 となる確率を求めよ。

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
  • (1)
    63256\dfrac{63}{256}。
  • (2)
    19128\dfrac{19}{128}。
  • (3)
    17512\dfrac{17}{512}。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

10回の表裏の列は 210=10242^{10}=1024 通りで、いずれも同様に確からしい。

(1) x10=0x_{10}=0 となるには表と裏が5回ずつ必要なので
10C51024=63256.\boxed{\frac{{}_{10}\mathrm{C}_{5}}{1024}=\frac{63}{256}}.

(2) x10=0x_{10}=0 となる252列のうち、x5=1x_5=1 となる列は前半に表3回・裏2回、後半に表2回・裏3回だから 5C35C2=100{}_{5}\mathrm{C}_{3}{}_{5}\mathrm{C}_{2}=100 通り。従って
252−1001024=19128.\boxed{\frac{252-100}{1024}=\frac{19}{128}}.

(3) 途中の座標が常に0以上3以下で、kk 回後に jj にいる列数を ak,ja_{k,j} とする。初期値は
(a0,0,a0,1,a0,2,a0,3)=(1,0,0,0).(a_{0,0},a_{0,1},a_{0,2},a_{0,3})=(1,0,0,0).
直前の座標で分類すると
ak+1,0=ak,1,ak+1,1=ak,0+ak,2,ak+1,2=ak,1+ak,3,ak+1,3=ak,2.\begin{aligned}a_{k+1,0}&=a_{k,1},\\a_{k+1,1}&=a_{k,0}+a_{k,2},\\a_{k+1,2}&=a_{k,1}+a_{k,3},\\a_{k+1,3}&=a_{k,2}.\end{aligned}
偶数回後だけを書き出すと
kak,0ak,1ak,2ak,301000210104203065080813021010340550\begin{array}{c|rrrr}k& a_{k,0}&a_{k,1}&a_{k,2}&a_{k,3}\\\hline0&1&0&0&0\\2&1&0&1&0\\4&2&0&3&0\\6&5&0&8&0\\8&13&0&21&0\\10&34&0&55&0\end{array}
よって最後に0へ戻る列は34通りで、求める確率は 34/1024=17/512\boxed{34/1024=17/512}。

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

  • 二項係数
  • 余事象
  • 状態別の漸化式

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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