図のように、正三角形を $9$ つの部屋に辺で区切り、部屋 $P$,$Q$ を定める。$1$ つの球が部屋 $P$ を出発し、$1$ 秒ごとに、そのままその部屋にとどまることなく、辺を共有する隣の部屋に等確率で移動する。球が $n$ 秒後に部屋 $Q$ にある確率を求めよ。 ※東京大学2012年理系第2問・文系第3問より出典 さ~て、ラストはお待ちかね。 東京大学の超難問入試問題 です! 図形の確率漸化式ということもあって、今までとはちょっと違った発想も必要になります。 いきなり解答だと長くなってしまうため、まずは $2$ つヒントを出したいと思いますので、ぜひヒントをもとに解いてみてください♪ ヒント1「図形の対称性」 以下の図のように、部屋に名前を付けてみます。 ここで、「 図形の対称性 」を意識して名前を付けることがポイントです! 「 $〇$ と $〇'$ 」に行く確率は同じであることが予想できますよね? よって、$$Qに行く確率 = Q'に行く確率$$の式が成り立ち、置く文字を節約することができます。 ヒント2「奇数と偶数に着目」 それでは、ちょっと具体的に実験してみましょうか。 まず初めに部屋 $P$ にいることから、$1$ 秒後,$2$ 秒後,…に存在する部屋は次のようになります。 \begin{align}P \quad &→ \quad A, B, B' \ (1秒後)\\&→ \quad P, Q, Q' \ (2秒後)\\&→ \quad A, B, B', C, C', D \ (3秒後)\\&→ \quad P, Q, Q' \ (4秒後)\\&→ \quad …\end{align} こうして見ると、 あれ? ●[14]確率漸化式|京極一樹の数学塾. 偶数 秒後でしか、$Q$ に辿り着くことはなくね? この重要な事実に気づくことができましたね! よって、球が $n$ 秒後に部屋 $Q$ にある確率を $q_n$ とした場合、 $n$ が奇数 → $q_n=0$ $n$ が偶数 → $q_n$ はまだわからない。 ここまで整理できます。 ウチダ これにてヒントは終わりです。「図形の対称性」と「奇数偶数」に着目し、ここまで整理できました。あとは"状態遷移図"を上手く使えば、解けるはずです!
こんにちは、ウチダショウマです。 いつもお読みいただきましてありがとうございます。 さて、数学B「数列」の内容が含まれているため、数ⅠAのセンター試験には出てこない「 確率漸化式 」。 しかし、東大などの難関大では、文系理系問わずふつうに出題されます。 数学太郎 確率漸化式の基本的な解き方を、わかりやすく解説してほしいな。 数学花子 東大など、難関大の入試問題にも対応できる力を身に付けたいな。 こういった悩みを抱えている方は多いでしょう。 よって本記事では、確率漸化式の解き方の基本から、 東大の入試問題を含む 確率漸化式の問題 $3$ 選まで 東北大学理学部数学科卒業 教員採用試験に1発合格 → 高校教諭経験アリ (専門は確率論でした。) の僕がわかりやすく解説します。 スポンサーリンク 目次 確率漸化式の解き方とは?【「状態遷移図」を書いて立式しよう】 確率漸化式の問題における解き方の基本。それは… 状態遷移図(じょうたいせんいず)を書いて立式すること。 これに尽きます。 ウチダ 状態推移図とか、確率推移図とか、いろんな呼び名があります。例題を通してわかりやすく解説していくので、安心して続きをどうぞ! 例題「箱から玉を取り出す確率漸化式」 問題. 文系数学について - marchレベルや地方国公立大で確率漸化式は出ますか... - Yahoo!知恵袋. 箱の中に $1$ ~ $5$ までの数字が書かれた $5$ 個の玉が入っている。この中から $1$ 個の玉を取り出し、数字を確認して箱に戻す試行を $n$ 回繰り返す。得られる $n$ 個の数字の和が偶数である確率を $p_n$ とするとき、$p_n$ を求めなさい。 たとえばこういう問題。 $\displaystyle p_1=\frac{2}{5}$ ぐらいであればすぐにわかりますが、$p_2$ 以降が難しいですね。 数学太郎 パッと見だけど、$n$ 個目までの和が偶数か奇数かによって、$n+1$ のときの確率 $p_{n+1}$ は変わってくるよね。 この発想ができたあなたは、非常に鋭い! ようは、$p_n$ と $p_{n+1}$ の関係を明らかにすればよくて、そのために「状態遷移図」を上手く使う必要がある、ということです。 よって状態遷移図より、 \begin{align}p_{n+1}&=p_n×\frac{2}{5}+(1-p_n)×\frac{3}{5}\\&=-\frac{1}{5}p_n+\frac{3}{5}\end{align} というふうに、$p_{n+1}$ と $p_{n}$ の関係から漸化式を作ることができました。 あとは漸化式の解き方に従って、 特性方程式を解くと $\displaystyle α=\frac{1}{2}$ 数列 $\displaystyle \{p_n-\frac{1}{2}\}$ は初項 $\displaystyle -\frac{1}{10}$,公比 $\displaystyle -\frac{1}{5}$ の等比数列となる 以上より、$$p_n=\frac{1}{2}\{1+(-\frac{1}{5})^n\}$$ と求めることができます。 ウチダ 確率漸化式ならではのポイントは「状態遷移図を上手く使って立式する」ところにあります。漸化式の解き方そのものについては「漸化式~(後日書きます)」の記事をご参照ください。 確率漸化式の応用問題2選 確率漸化式の解き方のポイントは掴めましたか?
●確率漸化式を自分で作って解く問題 このパターンは難関校で頻出します。その中でも比較的やさしい問題が2014年に京大理系や一橋大で出題されました。東大や慶應大医学部などの難関大では、漸化式だけの問題はまず出題されず、整数などの新記号と絡めるか、確率と絡める問題が大半です。 そして難関校では漸化式の解き方に誘導が示されないので、自分で解き切らなければなりません。 慣れておかないとまず解けないのですが、市販の参考書ではほとんど取り上げられていないので、入試問題に対しては特別な対策が必要です。 確率漸化式の問題は、確率漸化式の数が多くなると難しくなります。最初は直線上の移動の問題など、漸化式1つの問題をマスターし、次に2つ以上の問題に進むとよいでしょう。それも、三角形の頂点の移動の問題では最初は複数の漸化式が必要で、すぐに1つの漸化式に帰着させるので、次の順番でマスターするのが適当でしょう。
まだ確率漸化式についての理解が浅いという人は、これから確率漸化式の解き方について説明していくので、それを元にして、上の例題を考えてみましょう!
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