東工大数学'24年前期[4]

nを正の整数とし、,・・・,をn枚の硬貨とする。各に対し、硬貨を投げて表が出る確率を,裏が出る確率をとする。このn枚の硬貨を同時に投げ、表が出た硬貨の枚数が奇数であれば成功、というゲームを考える。
(1) ()のとき、このゲームで成功する確率を求めよ。
(2) ()のとき、このゲームで成功する確率を求めよ。
(3) (m:正の整数)で、に対して
とする。このゲームで成功する確率をとするとき、を求めよ。


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解答 本問も[3]に続いて、2項間漸化式を用いて解答できます。(3)はややこしく計算がごたつきます。は公式ですが、は公式とは言えないので、試験会場で導けるようにしておきましょう。

(1) 枚の硬貨投げで成功するのは、n枚の硬貨投げで成功(確率)して、枚目で裏が出る(確率)か、n枚の硬貨投げで成功せず(確率)、枚目に表が出る(確率)場合です。よって、

 ・・・�@ (2項間漸化式を参照)
 ・・・�A ∴
�@−�Aより、
よって、は、公比:,初項:の等比数列です。硬貨1枚のとき成功する確率は、1枚投げて表が出る確率で,です。よって、
∴ ......[答]

(2) 枚の硬貨投げで成功するのは、n枚の硬貨投げで成功(確率)して、枚目で裏が出る(確率)か、n枚の硬貨投げで成功せず(確率)、枚目に表が出る(確率)場合です。よって、
をかけて(漸化式の技巧を参照)、
は公差:,初項:の等差数列です。硬貨1枚のとき成功する確率は、1枚投げて表が出る確率で,です。よって、
∴ .....[答]

(3) 枚の硬貨をm個ずつ分けて考えます。m枚の硬貨の各一を投げて、表が出る確率をpとします。のm枚の硬貨については,のm枚の硬貨については,のm枚の硬貨についてはです。
m枚の硬貨投げで成功する確率をとします。
枚の硬貨投げで成功するのは、
m枚の硬貨投げで成功(確率)して、枚目で裏が出る(確率)か、m枚の硬貨投げで成功せず(確率)、枚目に表が出る(確率p)場合です。よって、

 ・・・�B
 ・・・�C ∴
�B−�Cより、
は、公比:,初項:の等比数列です。硬貨1枚のとき成功する確率は、1枚投げて表が出る確率で,です。よって、
∴  ・・・�D
ここで、
極限の公式:より、


 ・・・�E
�Dにおいてのとき、
 (このときのをとします)
とすると�E(と考えて)を用いて、より、
 ・・・�F
同様に、�Dにおいてのとき、
 (このときのをとします)
とすると�E(と考えて)を用いて、
 ・・・�G
同様に、�Dにおいてのとき、
 (このときのをとします)
とすると�E(と考えて)を用いて、
 ・・・�H

枚の硬貨を投げて成功するのは、に対するm枚の硬貨投げで表が出た枚数、に対するm枚の硬貨投げで表が出た枚数、に対するm枚の硬貨投げで表が出た枚数、について、
奇数、奇数、奇数、となるか、奇数、偶数、偶数、となるか、偶数、奇数、偶数、となるか、偶数、偶数、奇数、となる場合です。その確率は、
�F,�G,�H(,,)より、





......[答]



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