東京大学理系 2023 年・第 2 問

黒玉 個,赤玉 個,白玉 個が入っている袋から玉を 個ずつ取り出し,取り出した玉を順に横一列に 個すべて並べる。ただし,袋から個々の玉が取り出される確率は等しいものとする。

(1) どの赤玉も隣り合わない確率 を求めよ。

(2) どの赤玉も隣り合わないとき,どの黒玉も隣り合わない条件付き確率 を求めよ。

赤以外を先に並べ,隙間へ入れる

取り出す順に並ぶので,どの並びも同じ確からしさで出ます。同じ色の玉は見分けが付かないので,色の並びだけを数えます。

全部の並べ方は 通りです。これが分母になります。

どの赤も隣り合わない並びを数えます。赤を先に置くと隣り合うかどうかが決まってしまうので,赤以外の 個(黒 ,白 )を先に並べます。並べ方は 通りです。

個が並ぶと,その間と両端で隙間が か所できます。 か所に赤を 個入れると隣り合ってしまうので,入れるのは 個までです。 か所から か所を選べば,どの赤も隣り合いません。

選び方は 通りです。赤以外の並べ方と掛けて 通りになります。

よって です。

素因数に分けると です。約すと となります。

(2) では,いま数えた 通りがそのまま分母になります。条件付き確率とは,全体をこの 通りに取り替えることだからです。

黒の固まり方で つに分ける

赤以外の並び 通りを,黒の固まり方で分けます。黒が 個ともばらけている並びが 通り,黒 個だけがつながる並びが 通り,黒 個がつながる並びが 通りです。

ばらけている 通りは,白 個の間と両端の か所から黒を置く か所を選んだもので 個つながる 通りは同じ か所から か所を選んだものです。残りが 通りになります。

つながった黒を離すには,その間の隙間へ赤を必ず入れるしかありません。ここが つに分ける理由で,使わなければならない隙間の数が組ごとに違います。

黒がばらけていれば縛りはなく 通り,黒 個がつながる並びでは か所を使って残り 個を か所へ置き 通り,黒 個がつながる並びでは か所を使って残り 個を か所へ置き 通りです。

組ごとに掛けて足します。 通りです。

分母は (1) で数えた 通りですから となります。

ですから,約すと です。

です。条件を付けずに黒が隣り合わない確率は ですから,赤が散っている並びでは黒も散りやすい,と数で出ています。

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