問題
,,の3人が色のついた札を1枚ずつ持っている.はじめに,,,の持っている札の色はそれぞれ赤,白,青である.がさいころを投げて,3の倍数の目が出たらはと持っている札を交換し,その他の目が出たらはと札を交換する.この試行を回繰り返した後に,赤い札を,,が持っている確率を,それぞれ,,とする.
(1) のとき,,,を,,で表せ.
(2) を求めよ.
方針
赤い札の持ち主だけを状態として追う。3の倍数が出る確率は,その他の目が出る確率はなので,赤札がのどこにあるかで次の状態を書き分ける。(2)では3本の漸化式をそのまま解くより,合計を使ってだけの漸化式に落とすとよい。偶数番目と奇数番目で初期値が違うため,2つの等比数列として整理する。
解答
(1)
3の倍数の目はの2通りなので,その確率はである。その他の目が出る確率はである。
赤い札がにある状態から,次に赤い札がに残ることはない。赤い札がにあるとき,3の倍数が出ればとが交換して赤い札はへ移り,その他の目ならとの交換なので赤い札はに残る。赤い札がにあるとき,その他の目なら赤い札はへ移り,3の倍数ならに残る。
したがって であり,さらに である。
(2)
初めは赤い札をが持っているので である。また1回後にはは必ず赤い札を失うので である。
(1)の式から,をだけで表す。まず である。ここへ を代入すると
である。常にだから となる。したがって である。
偶数番目について,とおくと であり, である。よって なので である。
奇数番目について,とおくと同じく であり, である。したがって となり, を得る。
別解。2回の試行をひとまとまりにしても,同じ漸化式を直接得られる。赤い札がにあるとき,2回後もにある確率は である。赤い札がにあるときもにあるときも,2回後ににある確率は である。したがって となり,以下は上と同じ偶数・奇数の場合分けで求められる。