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東京大学 前期 2014年 解答解説 このページの閲覧数
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東京大学 前期 2014年 第2問 (解答解説)

📝 問題

を自然数(すなわち1以上の整数)の定数とする.

白球と赤球があわせて1個以上入っている袋に対して, 次の操作(*)を考える.

(*)袋から球を1個取り出し,

  1. 取り出した球が白球のときは,袋の中身が白球個,赤球1個となるようにする.

  2. 取り出した球が赤球のときは,その球を袋へ戻すことなく,袋の中身はそのままにする.

はじめに袋の中に,白球が個,赤球が1個入っているとする. この袋に対して操作(*)を繰り返し行う.

たとえば,1回目の操作で白球が出たとすると,袋の中身は白球個,赤球1個となり, さらに2回目の操作で赤球が出たとすると,袋の中身は白球個のみとなる.

回目に取り出した球が赤球である確率をとする. ただし,袋の中の個々の球の取り出される確率は等しいものとする.

  1. ,を求めよ.

  2. に対してを求めよ.

  3. を求めよ.

✏️ 解答解説

【解答】

(1)

$n=1, 2$ における袋の状態推移と赤玉を取り出す確率

図 1: における袋の状態推移と赤玉を取り出す確率

の時,最初は白玉が個,赤玉が個だから赤玉を取り出す確率は

である.

の時,回目に白玉を引けば袋の中身は白が個,赤が個であり, 回目に赤玉を引けば袋の中身は白が個,赤玉が個だから, 赤玉を取り出す確率は

である. (式1),(式2)をまとめて

である.

(2)

一般の $n$ 回目から $n+1$ 回目への状態遷移と確率漸化式の関係

図 2: 一般の 回目から 回目への状態遷移と確率漸化式の関係

とする.回目の操作後の箱の状態は以下のいずれかである.

  1. ア 白個,赤個 (回目に白を引く)

  2. イ 白個 (回目に赤を引く)

回目に赤を引くのは,[ア]の場合の時に赤を引く場合だから

である.変形して

である.漸化式をくり返し用いて,のとき

であり,(式3)を代入して

である.

(3)

(式8)は(式3)よりでも成立する. 従って とすると,

である.両辺をで割って,に注意して求める極限値は

である.

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