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京都大学 2016年度
文系数学 第2問

問題

ボタンを押すと「あたり」か「はずれ」のいずれかが表示される装置がある.「あたり」の表示される確率は毎回同じであるとする.この装置のボタンを20回押したとき,1回以上「あたり」の出る確率は36%である.1回以上「あたり」の出る確率が90%以上となるためには,この装置のボタンを最低何回押せばよいか.必要ならを用いてよい.

出典:京都大学 2016年度 前期日程 第2次学力試験 文系 第2問

方針

1回で外れる確率をとし,20回で少なくとも1回当たる確率を余事象で表す。からを得るので,回で90%以上となる条件はである。常用対数を取り,を与えられた範囲で上下から評価して,最小の整数を決める。

解答

1回ボタンを押して「はずれ」が出る確率をとする。各回の確率は同じなので,20回すべてはずれる確率はである。20回のうち1回以上「あたり」の出る確率が36%であるから,余事象を用いて である。よって であり,なので を得る。 回押したとき,1回以上「あたり」の出る確率が90%以上となる条件は すなわち である。を使うと,これは と同値である。

常用対数を取ると,であるから不等号の向きに注意して となる。したがって である。

ここで

である。与えられた より である。したがって であり,数値として が分かる。

よって条件を満たす最小の整数は である。

別解。 回ごとに考えると,すべてはずれる確率はである。は約でまだより大きく,は約より小さいので,必要な回数は100回より少し大きいと予想できる。厳密な最小値は上の対数評価で,103回では足りず104回で足りることを決める。