問題
3チーム,,が1日に総あたり3試合を行って2勝したチームを優勝とし,優勝チームが出るまで毎日繰り返す.ただしがに勝つ確率,がに勝つ確率,がに勝つ確率は,いずれも であり,引き分けはないものとする.第日目に優勝チームが決まる確率を求めよ.
出典:名古屋大学 1992年度 前期日程 第2次学力試験 理系 第4問(a)
方針
1日に優勝チームが出ないのは,3チームがすべて1勝1敗になる循環の場合だけである。その確率は,指定された向きの循環 と逆向きの循環 の和になる。したがって1日に決着する確率を余事象で求め,最初の 日は未決着, 日目に決着という積で表す。別解として,優勝チームを の3通りに分けて1日で決着する確率を直接数えてもよい。
解答
1日の3試合の結果で優勝チームが出ないのは,どのチームも1勝1敗になる場合だけである。これは
という向きの循環,またはその反対向きの循環である。
前者の確率は であり,後者の確率は である。したがって1日に優勝チームが出ない確率は である。よって1日に優勝チームが出る確率は である。
第 日目に初めて優勝チームが決まるには,最初の 日は優勝チームが出ず,第 日目に優勝チームが出ればよい。各日の試合結果は同じ確率で繰り返されるので である。したがって である。
別解。1日に決着する確率を直接数えることもできる。 が優勝するには, が に勝ち,かつ が に勝てばよい。後者は「 が に勝つ」の反対なので,その確率は である。同様に, が優勝する確率も , が優勝する確率も である。よって1日に決着する確率は となり,同じ式を得る。