「4枚のカードがあって、1から4までの整数がひとつずつ書かれている。このカードをよく混ぜて,1枚引いては数字を記録し,カードをもとに戻す。 この試行をn回(nは自然数)繰り返し,記録した順に数字を並べて得られる数列を,a[1],a[2],…,a[n]とする。 (1)a[1]≦a[2]≦…≦a[n]となる確率を求めよ。 (2)nは2以上の自然数とする。a[1]≦a[2]≦…≦a[n-1] かつ a[n-1]>a[n]となる確率を求めよ。」
上の問題は「'07北大理系数学」の第2問の改変版だと思われるのですが、解説を読んでもよくわからなかったので質問させて頂きました。どなたかご教授宜しくお願い致します。
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No.79291 - 2021/11/08(Mon) 22:25:25
| ☆ Re: 数列・確率 / ヨッシー | | | (1) n回引いたとき、条件を満たしていて、a[n] が1,2,3,4である確率をそれぞれ s[n], t[n], u[n], v[n] とします。このとき s[1]=t[1]=u[1]=v[1]=1/4 n≧2 のとき s[n]=(1/4)s[n-1] ・・・(i) t[n]=(1/4)(s[n-1]+t[n-1]) ・・・(ii) u[n]=(1/4)(s[n-1]+t[n-1]+u[n-1]) ・・・(iii) v[n]=(1/4)(s[n-1]+t[n-1]+u[n-1]+v[n-1]) ・・・(iv) (i) より s[n]=(1/4)^n
(ii) に代入して t[n]=(1/4)^n+(1/4)t[n-1] 両辺 4^n 掛けて (4^n)t[n]=1+(4^(n-1))t[n-1] b[n]=(4^n)t[n] とおくと b[n]−b[n-1]=1 ・・・等差数列 b[1]=1 より b[n]=n よって、 t[n]=n/4^n
(iii) に代入して u[n]=(1/4)^n+(n-1)(1/4)^n+(1/4)u[n-1] u[n]=n(1/4)^n+(1/4)u[n-1] 両辺 4^n 掛けて (4^n)u[n]=n+(4^(n-1))u[n-1] c[n]=(4^n)u[n] とおくと c[n]−c[n-1]=n ・・・階差数列 c[1]=1 より c[n]=n(n+1)/2 よって、 u[n]=n(n+1)/(2・4^n)
(iv) に代入して v[n]=(1/4)^n+(n-1)/4^n+n(n-1)/(2・4^n)+(1/4)v[n-1]) v[n]=n(n+1)/(2・4^n)+(1/4)v[n-1]) 両辺 4^n 掛けて (4^n)v[n]=n(n+1)/2+(4^(n-1))v[n-1] d[n]=(4^n)v[n] とおくと、 d[n]−d[n-1]=n(n+1)/2 ・・・階差数列 d[1]=1 より d[n]=n(n+1)(n+2)/6 よって、 v[n]=n(n+1)(n+2)/(6・4^n)
s[n]+t[n]+u[n]+v[n]=(n+1)(n+2)(n+3)/(6・4^n) ・・・・(1) の答え
(2) n-1回目の目が、 2であり、n回目に1が出る 3であり、n回目に1か2が出る 4であり、n回目に1か2か3が出る であるので、 (1/4)t[n-1]+(1/2)u[n-1]+(3/4)v[n-1]=(n-1)(n+1)(n+2)/(2・4^n) ・・・(2) の答え
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No.79293 - 2021/11/09(Tue) 00:42:21 |
| ☆ Re: 数列・確率 / m | | | ヨッシーさんがすでに解答されてますが,別解をどうぞ.
(1) 全事象は 4^n 通りですね. あとは条件(*) a[1]≦a[2]≦…≦a[n] を満たすような場合の数を求めればいいです.
n=10 について.例で説明します.記録された数字が
1 1 1 2 3 3 4 4 4 4
だったとします.これは条件(*) を満たします. 視点を変えて,数字が増えるところに注目します. 数字が増えるところに矢印をかくことにすると:
?@?@?@↑?A↑?B?B↑?C?C?C?C
丸の中にある数字を忘れて ○○○↑○↑○○↑○○○○ だけでも意味は分かりますね.
逆に,記号の列 ○○○↑○↑↑○○○○○○ が与えられれば数列 1 1 1 2 4 4 4 4 4 4 が復元できます.もう一つ ○○○↑○○○○○○○↑↑ は 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 です.
ここまでくれば条件 (*) を満たす数列と ○ 10個 と↑ 3個 の記号の並び替えが一対一に対応していることがわかるでしょう. その組み合わせは 13 個のうち矢印がどこにあるかを決めればいいので 13 C 3 です.
一般の n についても同様に (n+3) C 3 通りになります.
(2)は 数列a[1], ..., a[n-1], a[n] のうち a[1]≦a[2]≦…≦a[n-1] を満たす組み合わせの数から a[1]≦a[2]≦…≦a[n-1]≦a[n] となる組み合わせの数を引けばいい.
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No.79298 - 2021/11/09(Tue) 01:23:14 |
| ☆ Re: 数列・確率 / 楪(高3) | | | お二人とも解答解説ありがとうございますm(__)m 解き方は理解できたので、どうにかして自分で解法が見つけられるように修行を積んでまいります…
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No.79342 - 2021/11/11(Thu) 08:57:38 |
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