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北海道大学 2018年度 前期日程 第2次学力試験文系数学 第3問

赤色,青色,黄色のサイコロを1つずつ同時に投げ,出た目をそれぞれ R,B,Y とする。自然数 s,t,us=100R+10B+Y,t=100B+10Y+R,u=100Y+10R+Bで定める。

(1) s,t,u のうち少なくとも2つが500以上となる確率を求めよ。

(2) s>t>u となる確率を求めよ。

難易度5/ 10計算量4/ 10目安12

確率場合の数 数え上げ、場合分け、必要十分条件

方針

(1) は3桁数の百の位だけを見ればよい。s500t500u500 はそれぞれ R5B5Y5 と同値なので、3個の独立な事象のうち少なくとも2個が起こる確率を数える。(2)は3桁数の大小比較を出目の条件へ翻訳する。s>tt>u を百の位から順に比較すると、条件は RB>Y にまとまるので、その整数組を数える。

解答

(1) s=100R+10B+Y であり、R,B,Y は1から6までの整数である。したがって s500 となることは、百の位である R が5以上であることと同値である。同様にt500B5,u500Y5である。

各サイコロについて、出た目が5以上である確率は 26=13 である。したがって、3つのうちちょうど2つが500以上となる確率は 3C2(13)223 であり、3つすべてが500以上となる確率は (13)3 である。よって求める確率は3C2(13)223+(13)3=727である。

(2)
まず s>t を考える。 s=RBY,t=BYR という3桁数の比較である。百の位を比べると、R>B なら s>tR<B なら s<t である。R=B のときだけ十の位を比べればよく、この場合は B>Y のとき s>t である。

同様に t>u は、3桁数 BYRYRB の比較であり、B>Y なら成り立つ。B=Y の場合は十の位で Y>R が必要だが、これは後で得る条件とは両立しない。

以上を合わせると、s>t>u が成り立つ条件は RB>Y である。実際、R>B>Y なら百の位の比較だけで s>t>u であり、R=B>Y なら s>t は十の位で決まり、t>u は百の位で決まる。

したがって、B を固定すると Y1,2,,B1B1 通り、RB,B+1,,67B 通りである。よって条件を満たす組の数は B=16(B1)(7B)=35 である。全事象は 63=216 通りだから、求める確率は 35216 である。

別解

解法2(全216通りの分類)

方針

3個のサイコロの出方 (R,B,Y) を216通りの等確率な標本点として直接数える。(1)は各成分が 5,6 かで分類し、(2)は中央の値 B を固定して条件を満たす組数を表にする。

解答

全事象は順序付き三つ組 (R,B,Y)63=216 通りである。

(1)
500以上かどうかは百の位だけで決まる。ちょうど2成分が5以上となる組は3C2224=48通り、3成分とも5以上となる組は 23=8 通りである。したがって48+8216=727.(2)
桁を左から比較すると、必要十分条件は Y<BR である。B=b を固定したとき、Yb1 通り、R7b 通りなのでb123456(b1)(7b)058985となる。合計は35通りであり、求める確率は35216である。R=B>Y も含むことに注意する。

総評

難度5、目安時間12分。3桁数だが、各桁は1から6なので、500以上の判定は百の位だけで済む。(2)では単純に R>B>Y としてしまうと、R=B>Y の場合を落とす。百の位が等しいときだけ十の位へ進むという通常の整数比較を丁寧に使えば、条件 RB>Y が自然に出る。最後の数え上げは、B を中心にして Y<BRB を数えると見通しがよい。

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出典: 北海道大学 2018年度 前期 数学(大学公式の問題PDF)。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。