福田の数学〜東京工業大学2023年理系第3問〜複素数の絶対値と偏角に関する確率 - 質問解決D.B.(データベース)

福田の数学〜東京工業大学2023年理系第3問〜複素数の絶対値と偏角に関する確率

問題文全文(内容文):
$\Large\boxed{3}$ 実数が書かれた3枚のカード$\boxed{0}$,$\boxed{1}$,$\boxed{\sqrt 3}$から無作為に2枚のカードを順に選び、出た実数を順に実部と虚部にもつ複素数を得る操作を考える。正の整数nに対して、この操作をn回繰り返して得られるn個の複素数の積を$z_n$で表す。
(1)|$z_n$|<5となる確率$P_n$を求めよ。
(2)$z_n^2$が実数となる確率$Q_n$を求めよ。

2023東京工業大学理系過去問
単元: #数A#大学入試過去問(数学)#場合の数と確率#複素数平面#確率#漸化式#複素数平面#学校別大学入試過去問解説(数学)#東京工業大学#数学(高校生)#数B#数C
指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
$\Large\boxed{3}$ 実数が書かれた3枚のカード$\boxed{0}$,$\boxed{1}$,$\boxed{\sqrt 3}$から無作為に2枚のカードを順に選び、出た実数を順に実部と虚部にもつ複素数を得る操作を考える。正の整数nに対して、この操作をn回繰り返して得られるn個の複素数の積を$z_n$で表す。
(1)|$z_n$|<5となる確率$P_n$を求めよ。
(2)$z_n^2$が実数となる確率$Q_n$を求めよ。

2023東京工業大学理系過去問
投稿日:2023.03.04

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指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
\begin{eqnarray}
{\Large\boxed{4}}\ 箱の中に1文字ずつ書かれたカードが10枚ある。そのうち5枚にはA、\\
3枚にはB、2枚にはCと書かれている。箱から1枚ずつ、3回カードを\\
取り出す試行を考える。\\
(1)カードを取り出すごとに箱に戻す場合、1回目と3回目に取り出したカード\\
の文字が一致する確率を求めよ。\\
(2)取り出したカードを箱に戻さない場合、1回目と3回目に取り出したカード\\
の文字が一致する確率を求めよ。\\
(3)取り出したカードを箱に戻さない場合、2回目に取り出したカードの文字が\\
Cであるとき、1回目と3回目に取り出したカードの文字が一致する\\
条件つき確率を求めよ。\\
\end{eqnarray}

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指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
\begin{eqnarray}
{\Large\boxed{4}}\ 次の問題\hspace{310pt}\\
問題\\
表面と裏面が出る確率がそれぞれであるコインを投げる試行を繰り返し、同\\
じ面が3回連続して出た時点で試行を終了する。n回投げ終えた段階で試行が\\
終了する確率 p_nを求めよ。\\
に対する次の答案Aについて以下の問いに答えよ。\\
(1) もし答案Aに誤りがあれば誤りを指摘し、その理由を述べよ。ただし、すでに\\
指摘してある誤った結論から論理的に導き出した結論を誤りとして指摘する必要\\
はない。誤りがないときは「誤りなし」と答えよ。\\
(2) 答案Aで導かれたp_nと正解のp_nとで値が異なるとき、値が異なる最小のnを\\
求め、そのnに対する正解のpnの値を答えよ。そのようなnがないときは\\
「すべて一致する」と答えよ。\\
\\
答案A\\
自然数nに対して、コインをn回投げ終えた段階で、その後最短で試行が終了するために\\
必要な回数がk回(k \geqq 0)である確率をp_n(k)とする。このとき、\\
kは0,1,2のいずれかであるから、確率の総和は\\
p_n(0)+p_n(1)+p_n(2)=1\\
である。また、p_n(0)=p_n,p_{n+1}(0)=\frac{1}{2}p_n(1),p_{n+2}(0)=\frac{1}{4}p_n(2) であるから漸化式\\
p_n+2p_{n+1}+4p_{n+2}=1 (n \geqq 1)\\
を得る。ここで\frac{1}{7}+\frac{2}{7}+\frac{4}{7}=1なので、q_n=2^n(p_n-\frac{1}{7})とすれば\\
q_n+q_{n+1}+q_{n+2}=0\\
である。よってn \geqq 4に対して\\
q_n=-q_{n-1}-q_{n-2}=(q_{n-2}+q_{n-3})-q_{n-2}=q_{n-3}\\
が成立する。以上より、\\
Q(x)=
\left\{
\begin{array}{1}q_1 (nを3で割った時の余りが1のとき)\\
q_2 (nを3で割った時の余りが2のとき)\\
q_3      (nが3で割り切れるとき)\\
\end{array}
\right.\\
\\
とすれば求める確率は\\
p_n=\frac{q_n}{2^n}+\frac{1}{7}=\frac{Q(n)}{2^n}+\frac{1}{7} (n \geqq 4)\\
である。また最初の2項は定義よりp_1=p_2=0でありp_nの漸化式でn=1とすれば\\
p_1+2p_2+4p_3=1 であるからp_3=\frac{1}{4}である。さらに\\
q_1=-\frac{2}{7}, q_2=-\frac{4}{7}, q_3=\frac{6}{7}\\
\\
である。したがって\\
p_1=p_2=0, p_3=\frac{1}{4}, p_n=\frac{Q(n)}{2^n}+\frac{1}{7} (n \geqq 4)\\
となる。
\end{eqnarray}

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\begin{eqnarray}
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次のような玉で数珠を作る方法は何通りか。\\
(1)白玉1個、黄玉2個、赤玉4個\\
(2)白玉2個、黄玉2個、赤玉4個\\
\end{eqnarray}
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指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
\begin{eqnarray}
{\Large\boxed{2}} 1個のさいころを繰り返し投げ、出た目の数により以下の(\textrm{a}),(\textrm{b})に従い得点を定める。\\
(\textrm{a})最初から10回連続して1の目が出た場合には、10回目で投げ終えて、\\
得点を0点とする。\\
(\textrm{b})mを0 \leqq m \leqq 9を満たす整数とする。最初からm回連続して1の目が出て\\
かつm+1回目に初めて1以外の目nが出た場合には、続けてさらにn回\\
投げたところで投げ終えて、1回目からm+n+1回目までに出た目の合計\\
を得点とする。ただし、最初から1以外の目が出た場合にはm=0とする。\\
\\
(1)得点が49点であるとする。このとき、n=\boxed{\ \ ア\ \ }となり、mの取り得る値の範囲\\
は\boxed{\ \ イ\ \ } \leqq m \leqq \boxed{\ \ ウ\ \ }であり、得点が49点となる確率は\frac{\boxed{\ \ エオ\ \ }}{6^{16}}である。また、得点が\\
49点で、さいころを投げる回数が15回以上である確率は\frac{\boxed{\ \ カキ\ \ }}{6^{16}}となる。さらに\\
得点が49点である条件のもとで、さいころを投げる回数が14回以下である\\
条件付き確率は\frac{\boxed{\ \ クケ\ \ }}{\boxed{\ \ コサ\ \ }}となる。\\
\\
(2)さいころを投げる回数が15回以上である確率は\frac{\boxed{\ \ シ\ \ }}{6^{10}}となる。ゆえに、さいころを\\
投げる回数が14回以下である条件のもとで、得点が49点となる条件付き確率\\
は、k=\boxed{\ \ ス\ \ }とおいて\frac{1}{6^k(6^{10}-\boxed{\ \ セ\ \ })}となる。\\
\\
(3)得点が正の数で、かつ、さいころを投げる回数が14回以下である条件のもとで、\\
得点が49点となる条件付き確率はl=\boxed{\ \ ソ\ \ }とおいて\frac{1}{6^l(6^{10}-\boxed{\ \ タ\ \ })}となる。\\
\end{eqnarray}

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