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東北大学 2009年度 後期日程 第2次学力試験理系(後期)数学 第2問

アメ玉の入った缶がある.
白のアメ玉が11個,赤黄緑青の4色のアメ玉がそれぞれ1個ずつ,合計15個入っている.
缶の中身をよく混ぜてから3個同時に取り出す.
取り出した3個について以下の確率と期待値を求めよ.

(1)
3個とも白のアメ玉である確率.

(2)
緑のアメ玉が含まれる確率.

(3)
緑と青のアメ玉の個数の合計の期待値.

(4)
白以外のアメ玉の個数の期待値.

難易度4/ 10計算量3/ 10目安10

確率場合の数 数え上げ、期待値、条件付き確率

方針

3個を同時に取り出すので,全事象は15C3通りで数える。特定色のアメ玉は1個だけなので,「含まれる」確率はその1個を固定して残りを選ぶ。期待値は,緑や青など各色のアメ玉が取り出されたかどうかを0,1で表す変数の和として考え,期待値の加法性を使う。

解答

(1)

15個の中から3個を同時に取り出すので,全体は 15C3 通りである。3個とも白であるためには,11個の白から3個を選べばよい。したがって確率は11C315C3=165455=3391である。

(2)

緑のアメ玉は1個だけである。緑が含まれるためには,緑の1個を必ず選び,残り2個を他の14個から選べばよい。よって確率は14C215C3=91455=15である。

(3)

緑のアメ玉が取り出されたとき1,そうでないとき0をとる変数をXG,青について同様にXBとする。求める個数は XG+XB である。特定の1個のアメ玉が取り出される確率は 315=15 なので E(XG)=E(XB)=15 である。期待値の加法性より E(XG+XB)=15+15=25 である。

(4)

白以外のアメ玉は赤,黄,緑,青の4個である。それぞれについて,取り出される確率は3/15=1/5である。白以外の個数を,これら4個が取り出されたかどうかの和として表せば,期待値は 415=45 である。

総評

難度4、計算量3。目安時間は10分程度で,全事象を15C3にそろえ,順序を数えないことが第一の採点ポイントである。緑・青・赤・黄はいずれも1個だけなので,(2)では「緑を固定して残り2個」,期待値では「その1個が選ばれたか」を0,1で見ると短く処理できる。白以外の個数について分布を全部作っても解けるが,和の期待値に分ける方がミスが少ない。典型的な誤りは,同時に取り出すのに順列で数えること,(3)で緑と青が同時に入る場合を余分に補正しようとすること,(4)で白以外4個の対称性を見落として場合分けを増やすことである。

確率の分母は 15C3 に統一できる.期待値では独立性は不要で,特定の1個が選ばれる確率 3/15 と期待値の加法性だけを使っている.

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出典: 東北大学 2009年度 後期 数学。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。