過去問データベース 過去問を探す

東京大学 2010年度
文系数学 第3問

問題

2つの箱,ボール30個,コイン投げで表と裏が等確率で出るコイン1枚を用意する。を0以上30以下の整数とする。個,個のボールを入れ,次の操作(#)を繰り返す。

(#) 箱に入っているボールの個数をとする。コインを投げ,表が出れば箱から箱に,裏が出れば箱から箱に,個のボールを移す。ただし,のときのときとする。

回の操作の後,箱のボールの個数が30である確率をとする。たとえばとなる。以下の問(1),(2)に答えよ。

(1) のとき,に対してうまくを選び,で表せ。

(2) を自然数とするとき,を求めよ。

出典:東京大学 2010年度 前期日程 第2次学力試験 文系 第3問

方針

操作後の の個数を,現在の個数 から直接求める。 なら表で ,裏で0になり, なら表で30,裏で になる。(1) はこの遷移を条件付き確率で書く。(2) は初期値10から到達し得る状態が に限られることを使い,2回を1単位にして の一次漸化式を作る。

解答

(1) 現在,箱 に入っているボールの個数を とする。

まず の場合を考える。このとき である。表が出ると, から 個移すので, の個数は になる。裏が出ると, から 個移すので, の個数は になる。したがって である。 のとき,0個から1回以上の操作で30個になることはないので である。よって である。この場合は と選べばよい。

次に の場合を考える。このとき である。表が出ると, から 個移すので, の個数は になる。裏が出ると, から 個移すので, の個数は になる。30個になった後は, なのでそのまま30個であり続ける。したがって である。この場合は と選べばよい。

(2) とおく。10から1回操作すると,表なら20,裏なら0になる。0に行くと以後30にはならない。20から1回操作すると,表なら30,裏なら10になる。したがって,10から2回操作した後には,確率 で30に到達し,確率 で10に戻る。残りの確率は0に吸収される場合である。

よって が成り立つ。また,2回の操作で10から30に到達する確率は である。

この漸化式の定数解は より である。したがって となる。 より なので

よって である。