大阪医科薬科大学/2025年度/前期

4大阪医科薬科大学 2025年 数学 第4問解答・解説

場合の数と確率いろいろな式

難易度勝負 レベル 5/10 目安 20分編集部の評価

対象医学部医学科

1問題

大阪医科薬科大学2025年度第4問
(1) nn を正の整数とする。二項係数に関する等式
2nCn−2nCn−1=2nCnn+1 {}_{2n}\mathrm{C}_{n}-{}_{2n}\mathrm{C}_{n-1}=\dfrac{{}_{2n}\mathrm{C}_{n}}{n+1}
が成り立つことを示せ。

(2) コインを1枚投げる。投げたときの表裏の出る確率はそれぞれ 12\dfrac{1}{2} である。表が出れば得点は1点とし、裏が出れば得点は −1-1 点とする。この試行を12回繰り返す。1回目から kk 回目までの合計得点を SkS_{k} 点とする。ただし S1S_{1} 点は1回目の得点である。次の問いに答えよ。

(i) S12=0S_{12}=0 となる確率を求めよ。

(ii) S12=0S_{12}=0 であったとき、S1, S2, ⋯ , S11S_{1},\,S_{2},\,\cdots,\,S_{11} がすべて負である確率を求めよ。

出典:大阪医科薬科大学 2025年度 前期 数学 第4問

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)
    (証明)2nCn−1=nn+12nCn{}_{2n}\mathrm{C}_{n-1}=\dfrac{n}{n+1}{}_{2n}\mathrm{C}_{n}
  • (2)(i)
    2311024\dfrac{231}{1024}
  • (2)(ii)
    122\dfrac{1}{22}

3解答

解答を見る途中式つきの解答

考え方

(2)(ii) は、1回目が裏、12回目が表で、その間の10回は「−1-1 から始めて −1-1 に戻り、−1-1 より上に出ない」道。これはカタラン数で、(1) の式 10C5−10C4{}_{10}\mathrm{C}_{5}-{}_{10}\mathrm{C}_{4} で数えられる(反射の考え)。

解答

(1) 2nCn−1=(2n)!(n−1)!(n+1)!=nn+1⋅(2n)!n! n!=nn+12nCn{}_{2n}\mathrm{C}_{n-1}=\dfrac{(2n)!}{(n-1)!(n+1)!}=\dfrac{n}{n+1}\cdot\dfrac{(2n)!}{n!\,n!}=\dfrac{n}{n+1}{}_{2n}\mathrm{C}_{n}。よって左辺 =2nCn(1−nn+1)=2nCnn+1={}_{2n}\mathrm{C}_{n}\left(1-\dfrac{n}{n+1}\right)=\dfrac{{}_{2n}\mathrm{C}_{n}}{n+1}。

(2)(i) 表6回・裏6回で 12C6212=9244096=2311024\dfrac{{}_{12}\mathrm{C}_{6}}{2^{12}}=\dfrac{924}{4096}=\dfrac{231}{1024}。

(ii) S12=0S_{12}=0 の924通りは同様に確からしい。S1,⋯ ,S11S_{1},\cdots,S_{11} がすべて負なら、1回目は裏(S1=−1S_{1}=-1)、12回目は表(S11=−1S_{11}=-1)で、2〜11回目の10回は −1-1 から −1-1 に戻り、その間 −1-1 以下にとどまる道。表5回・裏5回の道 10C5{}_{10}\mathrm{C}_{5} 通りのうち、−1-1 より上(0)に出る道は、最初に0に達してからあとを折り返すと、表4回・裏6回の道と1対1に対応して 10C4{}_{10}\mathrm{C}_{4} 通り。よって (1) より
10C5−10C4=2526=42 通り. {}_{10}\mathrm{C}_{5}-{}_{10}\mathrm{C}_{4}=\dfrac{252}{6}=42\ \text{通り}.
求める確率は 42924=122\dfrac{42}{924}=\dfrac{1}{22}。

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

  • 二項係数の計算
  • 反射の原理
  • 条件付き確率

答えと解答は編集部が AI で作成したもので、大学が公表したものではありません。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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