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東北大学 2016年度 後期日程 第2次学力試験理系(後期)数学 第3問

サイコロを7個同時に1回振るとき,1から6の目がすべて出る事象をAとし,
同じ目が6個以上出る事象をBとする。
事象Bが起こらなかった場合に事象Aの起こる確率を求めよ。

難易度4/ 10計算量4/ 10目安15

確率場合の数 条件付き確率、数え上げ、余事象

方針

条件付き確率P(ABc)として数える。Aは6種類の目がすべて出て,7個のうち1種類だけが2個出る場合である。Bは7個すべて同じ場合と,ちょうど6個が同じ場合に分ける。ABは同時に起こらないので,分子はAの出方,分母は全出方からBの出方を引いたものになる。

解答

求める確率は P(ABc)=P(ABc)P(Bc) である。事象Aが起こると1から6の目がすべて出るので,同じ目が6個以上出ることはない。したがって ABc=A である。

まずAの出方を数える。7個のサイコロで1から6の目がすべて出るには,どれか1つの目が2個出て,残り5つの目が1個ずつ出ればよい。2個出る目の選び方は6通りであり,7個の位置への並べ方は 7!2! 通りである。よって A=67!2=15120 である。

次にBの出方を数える。7個すべて同じ目である場合は 6 通りである。ちょうど6個が同じ目である場合は,同じ目を6通り,異なる1個の位置を7通り,その異なる目を残り5通りで選べるので 675=210 通りである。したがって B=6+210=216 である。

全事象は 67 通りだから Bc=67216 である。よって求める確率はABc=1512067216=15120279936216=15120279720=237である。

別解

解法2

方針

分子のAは「6種類の目がすべて少なくとも1回出る」と読み,包除原理で数える。分母は解法1と同様に,余事象Bを「7個同じ」と「ちょうど6個同じ」に分けて全事象から除く。最後にABcを確認して条件付き確率へ代入する。

解答

事象Aが起これば6種類の目がすべて現れるので,6個以上同じ目になることはない。したがってABc,ABc=A.Aの出方を包除原理で数える。6種類のうち少なくとも1種類が欠ける出方を全体から順に除くとA=676C157+6C2476C337+6C4276C5=15120.一方,Bのうち7個すべて同じ目である出方は6通り,ちょうど6個が同じ目である出方は675=210通りである。よってBc=67(6+210)=279720.したがってP(ABc)=ABcBc=15120279720=237.

総評

難度4,計算量4。目安時間は15分。条件付き確率の分母をBcに固定し,ABcだから分子がAになると説明することが最低限の論理点である。分子は重複する目を選んで67!/2!と数えても,包除原理で全種類が現れる並びを数えてもよい。分母では「7個全部同じ」と「ちょうど6個同じ」を分け,後者の同じ目・位置・異なる目の3要素を落とさないことが採点上重要である。

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出典: 東北大学 2016年度 後期 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。