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東京大学 前期 1984年 解答解説 このページの閲覧数
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東京大学 前期 1984年 第5問 (解答解説)

📝 問題

各世代ごとに,各個体が,他の個体とは独立に, 確率 で1個,確率 で2個の新しい個体を次の世代に残し, それ自身は消滅する細胞がある. いま,第0世代に1個であった細胞が, 第 世代に 個となる確率を, とかくことにしよう.

図 1

図 1

を自然数とするとき,,, を求めよ.

✏️ 解答解説

【解答】

について

世代 $0$ から世代 $n$ まで常に $1$ 個をキープするケース

図 1: 世代 から世代 まで常に 個をキープするケース

第 世代に 個あるのは,常に 1 個ずつの個体をのこす時で,確率は

である.以下数式上の簡単さのため,に対してもと定義する.

について

世代 $0$ から世代 $m-1$,$m$ を経て世代 $n$ に至るケース

図 2: 世代 から世代 , を経て世代 に至るケース

第 世代に 2 個あるのは,第 世代になった時に () 1 個から 2 個になり,その後 個の状態をキープした場合である.このような確率は

である.ただし,の時も(1)よりでこの式は成り立つ.

従って,求める確率はをについて足し合わせて

式

である.

について

世代 $m-1$ で $2$ 個のうち一方が世代 $m$ で分裂し,世代 $n$ で $3$ 個に至るケース

図 3: 世代 で 個のうち一方が世代 で分裂し,世代 で 個に至るケース

さいごに第 世代で 3 個となる時,第 世代の時にはじめて 2 個から 3 個となるような () がある.このような確率は

である.ただし,行目の係数は2個の個体のうちどちらが個に分裂するかで通りある分の係数である.

より, に対して,はを足し上げたもので

である.ここで

を(式13)に代入して

である. の時は で(式18)の表示で良い. よって

である.

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