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東京大学 前期 2010年 解答解説 このページの閲覧数
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東京大学 前期 2010年 第3問 (解答解説)

📝 問題

2つの箱と,ボール30個,コイン投げで表と裏が等確率で出るコイン1枚を用意する. を0以上30以下の整数とする. に個,に個のボールを入れ,次の操作(#)を繰り返す.

  1. (#) 箱に入っているボールの個数をとする. コインを投げ,表が出れば箱から箱に,裏が出れば箱から箱に,個のボールを移す. ただし,のとき, のときとする.

回の操作の後,箱のボールの個数が30である確率をとする. たとえばとなる. 以下の問(1),(2),(3)に答えよ.

  1. のとき,に対してうまくを選び,をで表せ.

  2. を自然数とするとき,を求めよ.

  3. を自然数とするとき,を求めよ.

✏️ 解答解説

【解答】

1回の操作におけるボールの個数の状態遷移図

図 1: 1回の操作におけるボールの個数の状態遷移図

移動するボールの個数を表す関数 $K(z)$ のグラフ

図 2: 移動するボールの個数を表す関数 のグラフ

題意の操作をした時の遷移図は上のようにかどうかで場合分けされる. ここで題意より

であるから,一回またはになった場合はそれ以降にボールの移動は起こらない. 従って任意の自然数に対して

である.

(1)

回目の操作で場合分けする.とする.

の時

回目の操作後,確率で,残り確率でになるから

である.(式2)より第二項はだから

である.

の時

回目の操作後,確率で,残り確率でになるから

である.(式2)より第二項はだから

である.

(式4),(式6)をまとめて,

である.

(2)

からはじめて(式7)を繰り返し用いて

であり,変形して

となる.

初期条件について,(式4)より

である.(式11)を繰り返し用いて

である.

(3)

からはじめて(式7)を繰り返し用いて

となる.

初期条件について,(式4)より

だから,(式19)をくり返し用いて,

である.

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