場合の数と確率の問題
袋の中に、 から までの整数が つずつ書かれた 枚のカードが入っている。この袋からカードを 枚取り出し、書かれた数を記録してから袋に戻す。この操作を 回くり返す。記録された つの数の最大値が 以上であり、かつ最小値が 以下である確率を求めよ。
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
「最大値が 以上」「最小値が 以下」を、それぞれ「ある数が少なくとも 回出る」という形に言い換え、余事象を考えてみよう。
ヒント 2
最大値が 以下である事象を 、最小値が 以上である事象を とすると、求める確率は である。 を使おう。
ヒント 3
、 である。あとはこれらを和事象の公式に代入して計算しよう。
答えと解説
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解説を読む
回の取り出し方は全部で 通りあり、これらは同様に確からしい。
「最大値が 以上」は「 または が少なくとも 回出る」ことと同じである。「最小値が 以下」は「 または が少なくとも 回出る」ことと同じである。
そこで、事象 , を次のように定める。
- : 回とも , 以外が出る(つまり最大値が 以下)
- : 回とも , 以外が出る(つまり最小値が 以上)
求める事象は「 でも でもない」こと、すなわち である。よって、求める確率は となる。
各事象の確率を求める。
- : 回ごとに 〜 の 通りなので
- : 回ごとに 〜 の 通りなので
- : 回ごとに 〜 の 通りなので
和事象の確率の公式より
したがって、求める確率は
である。
別解
3回の記録の列は全部で 通りで、どれも同様に確からしい。
事象 :「最大値が 以上」、事象 :「最小値が 以下」とする。
- (最大値が 以下)は、3回とも なので 通り。
- (最小値が 以上)は、3回とも なので 通り。
- (すべて )は 通り。
よって
通り。
検算: から1個、 から1個、残り1個が の場合は 通り。残り1個が の場合は 通り。残り1個が の場合も 通り。合計 通りで一致する。
確率は 。