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九州大学 2010年度
文系数学 第2問

問題

次のような競技を考える。競技者がサイコロを振る。もし,出た目が気に入ればその目を得点とする。そうでなければ,もう1回サイコロを振って,2つの目の合計を得点とすることができる。ただし,合計が7以上になった場合は得点は0点とする。この取り決めによって,2回目を振ると得点が下がることもあることに注意しよう。次の問いに答えよ。

(1) 競技者が常にサイコロを2回振るとすると,得点の期待値はいくらか。

(2) 競技者が最初の目が6のときだけ2回目を振らないとすると,得点の期待値はいくらか。

(3) 得点の期待値を最大にするためには,競技者は最初の目がどの範囲にあるときに2回目を振るとよいか。

出典:九州大学 2010年度 前期日程 第2次学力試験 文系 第2問

方針

この競技は最初の目を見てから選択できるので,最初の目ごとに「そのまま点を取る場合」と「もう一度振る場合の期待値」を比較する。(1)(2)では全事象を数え上げるが,合計が以上なら点になるため,有効なのはの組だけである。(3)では各に対する条件付き期待値を表にして,局所的に有利な選択を選べば全体の期待値も最大になる。

解答

(1)

1回目を,2回目をとする。常に2回振るとき,得点はならならである。したがって有効な和は

である。全事象は通りだから,期待値は である。

(2)

最初の目がのときはそのまま点を取る。最初の目がのときは2回目を振るので,期待値は

である。内側の有効な合計を並べると,に対して であり,総和はである。よって である。

(3)

最初の目がのとき,2回目を振ると得点が正になるのはの場合だけである。したがって,2回目を振る場合の条件付き期待値 である。各について計算すると

である。

そのままにすれば得点はであるから,のときは振り直し,のときはそのままにするのがよい。表より であり,ではである。したがって期待値を最大にするには のがよい。

なお,を式で処理しても であり, となる。整数の中では,やはりだけが該当する。