問題
1個のさいころを4回投げ,1回目に出た目の数を,2回目に出た目の数を,3回目に出た目の数を,4回目に出た目の数をとする。が,ととの最大公約数の倍数となる確率を求めよ。
出典:九州大学 2017年度 後期日程 第2次学力試験 後期・理系 後期 第2問
方針
最初の3回の出目について,最大公約数ごとに組数を数える。が決まれば,4回目の出目がの倍数である選び方は通りである。について,出目が1から6に限られることを利用して個数を具体的に求め,最後に全事象で割る。
解答
の最大公約数をとする。がの倍数であるためのの選び方は 通りである。したがって,まずの最大公約数が各になる個数を数える。 となるのは だけなので1通りである。同様にとなるのはだけ,となるのはだけで,それぞれ1通りである。 となるには,がすべて3の倍数であり,すべて6ではないことが必要十分である。3の倍数はの2種類なので 通りである。 となるには,がすべて偶数であり,3つを2で割った数の最大公約数が1であればよい。偶数はであり,2で割るとである。から3個選ぶ全通りのうち,最大公約数が1でないのはとだけである。したがって 通りである。
全体の組数は通りなので,となる組数は である。
以上より,条件を満たすの個数は である。全事象は 通りなので,求める確率は である。