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東京大学 前期 1986年 解答解説 このページの閲覧数
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東京大学 前期 1986年 第5問 (解答解説)

📝 問題

ベンチが個一列に並べてあり, ,の二人が次のようなゲームをする. 最初は左端,は右端のベンチにおり, じゃんけんをして勝った方が他の端に向って一つ隣りのベンチに進み, 負けた方は動かないとする. また二人が同じ手を出して引き分けとなったときには, 二人とも動かないとする. こうしてじゃんけんを繰返して早く他の隣のベンチに着いた者を勝ちとする. 一回のじゃんけんで, が勝つ確率,負ける確率,引き分けとなる確率はすべて等しいとき, 次の確率を求めよ.

  1. 回じゃんけんをした後に,二人が同じベンチに座っている確率

  2. 回じゃんけんをしたとき, ,の移動回数がそれぞれ回,回である確率

  3. のとき回のじゃんけんの後に, まだゲームの勝敗がきまらない確率,ただしとする.

✏️ 解答解説

【解答】

以下の解ではゲームが終了した場合は含めないものとする.ただし,ちょうど終わる時は含む.

(1)

じゃんけんによるベンチ移動ゲーム

図 1: じゃんけんによるベンチ移動ゲーム

回じゃんけんして同じベンチに座っているのは,ゲームが終了せず,かつ 2 人の勝ち数の合計が 回になっている時である.求める確率 は, に対して以下のようになる.

の時

この時はじゃんけんの回数が足りず,が隣あうことはないから,

である.

の時

この時は両者が隣あうためには引き分けがあってはならない. よって 回とも引き分けがない時であるから,確率は

である.

の時

この時は両者がとなりあうための条件は,2 人の勝ちの合計が 回かつ,片方が先にゲームに勝たないこと.まず二人の勝ちの合計が回である確率は

である.ここでは勝ち負けが決まる時,は引き分けの時である.

次に片方が回目のじゃんけんですでにゲームに勝利している(かつ両者が同じベンチに座っている)のは, 回目のじゃんけんまでに片方が回勝利して,もう片方が回も勝たない,かつ回目も引き分けになっているケースだから

である.ここでは片方が回勝つ確率,は残りの回引き分ける確率,因子はどちらが勝つかの因子である.

よって求める確率は

である.

(式1),(式2),(式7)をまとめて, の時 ,又, の時もこれで良いから,

である.

(2)

は, の勝利回数を表す.合計のじゃんけんの回数は回だから

である.

また,移動回数は最大でも 回だから,

である.ただし,両者が同時にとなることはない.

以上(式9),(式10)のもとで考える.

まず の時,どちらも反対側の端のベンチまでは到達しないから,確率は回中回はが勝利し,回はが勝利し,残りの回は引き分けなので

である.

次に,またはでちょうどゲームが終了する場合を考える. まずが勝利してとなる場合を考える.この時は,最後にゲームが終了することから,最初の回でとなっており,最後の回でが勝利する.任意のに対してをと書くと,この場合の確率は回目まででとなり(確率),最後の一回でが確率で勝つ時だから

である.

逆にが勝利してとなるのは,対称性より(式14)でとを入れ替えて

である.

以上(式12),(式14),(式15)をまとめて

である.

(3)

およびの時を考える. まだゲームの勝敗が決まらないということは,の移動回数をとしたときにであるということである.(2)のは(式9)の元で成立するから,の値に応じて以下のように場合分けする.

の時

この時は(式9)の条件が満たされるから,を満たすについて足し合わせればゲームの勝敗が決まらない確率が求まるから

である.

の時

この時は余事象,つまり回目のじゃんけんの段階でゲームが終了している 場合を考えよう.より,ゲームが終了するのはどちらかが連勝したときに限られるから,その確率は

である.よって求める確率はこれをから減じて

である.一方で(式21)でとすると

で(式23)と一致するから,の時も(式21)で良い.

以上から求める確率は(式21)で

である.

【解説】

問題文の記述が悪いように思う.ゲーム終了の扱いをどうするのかが不明瞭だ.ここではゲーム終了後のケースは考えないようにした. また,ゲームの勝利条件である「他の隣のベンチ」も若干日本語が謎である.ここでは「出発点と反対端のベンチ」についた時と解釈した.

こういう場合は,立場を解答の先頭で明確にしておいて,その設定に沿って答えるのが良いだろう.

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