問題
赤玉4個と白玉5個の入った,中の見えない袋がある。玉はすべて,色が区別できる他には違いはないものとする。A,Bの2人が,Aから交互に,袋から玉を1個ずつ取り出すゲームを行う。ただし取り出した玉は袋の中に戻さない。Aが赤玉を取り出したらAの勝ちとし,その時点でゲームを終了する。Bが白玉を取り出したらBの勝ちとし,その時点でゲームを終了する。袋から玉がなくなったら引き分けとし,ゲームを終了する。
(1) このゲームが引き分けとなる確率を求めよ。
(2) このゲームにAが勝つ確率を求めよ。
方針
解法1(標準解法)
9個の玉を取り出す色順だけを考えると,赤4個の位置を選ぶ 通りが同様に確からしい。引き分けは,Aの手番すべてが白,Bの手番すべてが赤という1通りだけである。A勝利は,Aの 回目の手番で初めて赤を引く場合に分ける。その前にはAが白を 回,Bが赤を 回引いている必要があり,残りの色順は自由に数えられる。別解では,実際の逐次確率を掛けて同じ値を確認する。
別解(ゲーム終了までの条件付き確率を足す)
引き分けは唯一の色順を順に引く確率として求める。Aの勝ちは第1回から第4回のAの手番で初めて赤を引く互いに排反な場合へ分ける。
解答
解法1(標準解法)
(1)
玉は同じ色の中では区別しないので,9回すべて取り出すときの色の並びを考える。赤玉4個の位置を選べば色順は決まるから,可能な色順は 通りであり,これらは同様に確からしい。
引き分けになるには,Aが赤を取らず,Bが白を取らないまま袋が空になる必要がある。Aの手番は1,3,5,7,9番目,Bの手番は2,4,6,8番目であるから,引き分けの色順は の1通りだけである。したがって引き分けとなる確率は である。
(2)
Aが 回目の手番で勝つ場合を数える。Aは最大5回手番をもつが,5回目までにBが4回赤を取っていると赤玉は残らないので,Aが勝てるのは の場合だけである。
Aが 回目の手番で勝つには,それ以前の 回のAの手番は白, 回のBの手番は赤であり,Aの 回目が赤でなければならない。この時点までに赤は 個,白は 個使われている。残りの 個の位置には赤が 個入ればよいから,その数は である。
したがってAが勝つ色順の数は
である。よってAが勝つ確率は である。
別解(ゲーム終了までの条件付き確率を足す)
(1)
引き分けになるには,Aが毎回白,Bが毎回赤を引き,最後にAが残った白を引かなければならない。したがって確率は
(2)
Aが第1回から第4回の自分の手番で初めて赤を引く確率を順に とする。これらは互いに排反であり,
共通分母を126にすると
したがって