滋賀医科大学/2025年度/前期

1滋賀医科大学 2025年 数学 第1問解答・解説

場合の数と確率微分・積分の考え数列数学と人間の活動(整数)

1問題

滋賀医科大学2025年度第1問
袋に赤玉と白玉あわせて20個の玉が入っている。赤玉の個数を nn とする。
(1) 袋から玉を1個取り出し、その玉をもとに戻す。この試行を3回続けて行うとき、ちょうど2回赤玉が出る確率を PnP_{n} とする。PnP_{n} を最大にする nn を求めよ。
(2) 袋から玉を1個取り出し、その玉をもとに戻さない。この試行を3回続けて行うとき、ちょうど2回赤玉が出る確率を QnQ_{n} とする。QnQ_{n} を最大にする nn を求めよ。
(3) 袋から玉を1個取り出し、その玉をもとに戻した上で、新たに白玉を1個袋に入れる。この試行を3回続けて行うとき、ちょうど2回赤玉が出る確率を RnR_{n} とする。RnR_{n} を最大にする 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
  • (1)
    n=13n=13。
  • (2)
    n=13,14n=13,14。
  • (3)
    n=14n=14。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

赤玉数 nn は整数で 0≦n≦200\leqq n\leqq20。

(1) 各回の赤玉確率は n/20n/20 だから Pn=3(n/20)2(1−n/20)=3n2(20−n)/8000P_n=3(n/20)^2(1-n/20)=3n^2(20-n)/8000。F(x)=x2(20−x)F(x)=x^2(20-x) とおくと F′(x)=x(40−3x)F\prime(x)=x(40-3x) なので、連続区間での最大は x=40/3x=40/3。整数候補 13,1413,14 について F(13)=1183>1176=F(14)F(13)=1183>1176=F(14) より、最大は n=13n=13。

(2) Qn=nC2(20−n)/20C3Q_n={}_{n}\mathrm{C}_{2}(20-n)/{}_{20}\mathrm{C}_{3}。G(n)=n(n−1)(20−n)G(n)=n(n-1)(20-n) とおけば G(n+1)−G(n)=3n(13−n)G(n+1)-G(n)=3n(13-n)。従って n=13n=13 から 1414 で値が等しく、以後減少する。最大は n=13,14n=13,14 である。

(3) 第 jj 回の直前には白玉が j−1j-1 個増えているため、赤玉の確率は順に n/20,n/21,n/22n/20,n/21,n/22。よって
Rn=n20n2122−n22+n2021−n21n22+20−n20n21n22=n2(21−n)3080. R_n=\frac n{20}\frac n{21}\frac{22-n}{22}+\frac n{20}\frac{21-n}{21}\frac n{22}+\frac{20-n}{20}\frac n{21}\frac n{22}=\frac{n^2(21-n)}{3080}.
H(n)=n2(21−n)H(n)=n^2(21-n) とすると H(n+1)−H(n)=20−3n(n−13)H(n+1)-H(n)=20-3n(n-13)。これは 0≦n≦130\leqq n\leqq13 で正、14≦n≦1914\leqq n\leqq19 で負なので、最大は n=14n=14。

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

  • 二項確率
  • 組合せによる場合の数
  • 場合分けした積事象の和
  • 隣接差による整数最大化

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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