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岡山大学 2023年度
文理共通数学 第3問

問題

箱の中に,からまでの数字を書いた札がそれぞれ枚ずつあり,全部で枚入っている.人がこの箱から札を無作為に取り出す.枚ずつ,枚取り出すとき,以下の問いに答えよ.

(1) が持つ札の数字が同じである確率を求めよ.

(2) が持つ札の数字が異なり,が持つ札の数字も異なり,かつ,が持つ札の数字もすべて異なる確率を求めよ.

(3) が持つ札の数字のいずれかが,が持つ札の数字のいずれかと同じである確率を求めよ.

出典:岡山大学 2023年度 前期 文理共通 第3問

方針

各人の手札を順に選ぶとし,全事象を 通りで数える。(2)はAの手札が異なる場合を対称性で固定し,BとCの取り方を数える。(3)は「AとCに共通する数字がない」余事象を,Aが同じ数字を2枚持つ場合と異なる数字を持つ場合に分ける。

解答

(1)

の手札の取り方は 通りである。同じ数字の札を2枚取るには,数字を 通りに選び,その数字の札 枚から 枚を選べばよい。したがって確率は

である。

(2)

全事象の数は

である。 が異なる数字を持つ取り方は 通りである。対称性により, が数字 を1枚ずつ持つとして数えると,残りの枚数は である。

このとき を取る場合は 通りで,その後 が3種類を1枚ずつ取る方法は 通りである。 または を取る場合はそれぞれ 通りで,その後の の取り方はそれぞれ 通りである。よって, の各取り方に対して

通りである。したがって求める確率は

である。

(3)

余事象として, が共通する数字を持たない場合を数える。

が同じ数字を2枚持つ場合, の取り方は 通りである。残りのうち, と同じ数字を1枚,別の数字を1枚取る場合は 通りで,その後の の取り方は 通りである。また, が別の数字だけから2枚取る場合は 通りで,その後の の取り方は 通りである。よってこの場合は 通りである。

が異なる数字を1枚ずつ持つ場合, の取り方は 通りである。 と共通する数字を持たないためには,残りの1種類の札3枚をすべて が取る必要がある。その前に が持つ2種類の残り4枚から2枚を取るので, 通りである。よってこの場合は 通りである。

余事象の確率は

である。したがって求める確率は

である。