大学入試センター試験 2017年(平成29年) 本試 数学ⅠA 第3問 解説

はじめに

ここでは2通りの解法を解説する。解法1が圧倒的に楽だけど、きっと初めて見る方法だと思うし、どんな場合にも使えるわけではない。なので、自分には合わない思う人は、解法2で解いてもらっても全く問題ない。解法2は見慣れた普通の方法である。

解法1:問題を解く準備

まず最初に確認しておくことは、「くじを引く順番で、あたる確率は変わらない」ということ。
つまり、ABCの順に引いても、BCAの順に引いても、各人のあたる確率は変わらない。
それを頭に入れて、問題の情報を整理するためにベン図を描こう。

図A
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図A

図Aの①の部分は「3人ともあたる」だけど、あたりのくじは2本しかないので、これは起こらない
また、②の部分は「3人ともはずれる」だけど、はずれのくじも2本しかないので、これも起こらない
なので、ベン図を描きなおすと図Bができる。

図B
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図B

図Bの①は、Aだけがあたる場合。
④は、Aだけがはずれる場合。
この問題では、あたりくじの本数とはずれくじの本数は同じなので、①と④は同じ確率になる。
なので、①と④に限らず、図中の同じ色の区画は、同じ確率になる。

さらに、Aだけがあたる確率も、Bだけがあたる確率も、Cだけがあたる確率も等しい。

以上より、図Bの①~⑥の「区画」はすべて同じ確率になる。
「区画」は6個あって、すべての確率の和は1なので、
どの「区画」も起こる確率は16
である。

と、ここまで整理できたところで、問題を解こう。

解法1:(1)

A,Bの少なくとも一方があたりくじを引く事象は、図Cの赤い部分。

図C
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図C

これは、6つの「区画」のうちの5「区画」分である。
すべての「区画」は起こる確率が等しいので、確率は
56
である。

解答ア:5, イ:6

解法1:(2)

「A,B,Cの3人で2本のあたりのくじを引く事象E」は、
AとBがあたる BとCがあたる CとAがあたる の3つの事象をたしたもの、つまり和事象である、

上の事象はそれぞれ、
Cだけがはずれる Aだけがはずれる Bだけがはずれる と言いかえられるので、正しい選択肢は
①,③,⑤
である。

解答ウ:1, エ:3, オ:5 (順不同)

この事象Eをベン図にすると、図Dの赤い部分になる。

図D
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図D

これは、6つの「区画」のうちの3「区画」分。
すべての「区画」は起こる確率が等しいので、確率は
36=12
である。

解答カ:1, キ:2

解法1:(3)

復習

条件付き確率「Aが起こったときのBの確率」
とは、
Aが起こった場合を全事象と考え、その中でBが起こる確率」
のこと。
なので、Aが起こらない場合(A)は完全に無視する。

詳しくはこのページの解法3参照。

事象E1は、図Cより。5「区画」分。
事象Eは、図Dより、3「区画」分で、E1からはみ出す部分はない。
さらに、すべての「区画」は起こる確率が等しいので、求める条件付き確率は、
35
である。

解答ク:3, ケ:5

解法1:(4)

「B,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く事象E2」は、図Eの赤い部分。

図E
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図E

⓪~⑤の選択肢もそれぞれベン図にしてみる。

Aがはずれのくじを引くので、Aがあたる部分の外。なので、図Fの青い部分である。

図F
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図F

Aだけがはずれのくじを引くは、BとCがあたると言いかえられるので、図Gの青い部分である。

図G
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図G

図F,図Gができたら、あとはAをBとCに変える、機械的な作業だ。


図H
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図H


図I
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図I


図J
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図J


図K
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図K

ここまでくると、あとは図F~図Kをくっつけて図Eをつくればよい。
なので、正しい選択肢は
図F,図I,図Kの、⓪,③,⑤である。

解答コ:0, サ:3, シ:5 (順不同)


最初に確認したように、くじはどの順に引いてもあたる確率は変わらないので、
A,Bの少なくとも一方があたりくじを引く事象E1 B,Cの少なくとも一方があたりくじを引く事象E2 A,Cの少なくとも一方があたりくじを引く事象E3 の確率はすべて等しい。
よって、アイより、確率はすべて
56
である。

解答ス:5, セ:6, ソ:5, タ:6

ス~タの別解

E2の範囲は、図Eの赤い部分。これは、6つの「区画」のうち5「区画」分なので、確率は
56
である。

解答ス:5, セ:6

図L
大学入試センター試験2017年本試 数学ⅠA第3問 解説図L

また、A,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く確率E3は、図Lの赤い部分。

これは、6つの「区画」のうち5「区画」分なので、確率は
56
である。

解答ソ:5, タ:6

解法1:(5)

事象E1,事象E2,事象E3は、それぞれ図C,図E,図Lの赤い範囲。
事象Eは、図Dの赤い範囲。
見比べると、事象E1も事象E2も事象E3も、事象Eを含んでいる。
また、(1),(2)より、事象E1も事象E2も事象E3も起こる確率は等しい。
よって、
p1=p2=p3
である。

解答チ:6

解法2:(1)

問題文中に「少なくとも」とあるので、全体から余事象を引こう。
余事象は「A,B両方ともはずれる」なので、
Aがはずれる確率は
2C14C1
Bがはずれる確率は、くじを戻さないので、くじの本数もはずれの本数も1本ずつ減って、
1C13C1
より、余事象は
余事象=2C14C1×1C13C1式A
余事象=243
余事象=16

よって、求める確率は
116=56
である。

解答ア:5, イ:6

アドバイス

式Aを見て「あれ?Cは?」と思った人もいるかも知れないけれど、Cは必要ないです。
Cはあたりでもはずれでもいいので、Cも入れた式をつくると
余事象=2C14C1×1C13C1×2C12C1
になるけど、この式の赤文字部分は×1だから、あってもなくても変わらない。
「起こり得るどの事象が起こってもいい」場合は基本的に省略して計算できる。

別解

2本の当たりくじも、2本のはずれくじも、それぞれ見分けがつくと考えた場合、余事象について、
A,Bがはずれる場合の数は、2本のはずれくじを1列に並べる場合の数と同じ A,Bのくじの引き方の場合の数は、4本のくじから2本選んで一列に並べる場合の数と同じ。 なので、
余事象=2P24P2=16
よって、求める確率は
116=56
である。

解答ア:5, イ:6

解法2:(2)

「A,B,Cの3人で2本のあたりのくじを引く事象E」は、
AとBがあたる BとCがあたる CとAがあたる 事象をたしたもの、つまり和事象である、

上の事象はそれぞれ、
Cだけがはずれる Aだけがはずれる Bだけがはずれる と言いかえられるので、正しい選択肢は
①,③,⑤
である。

解答ウ:1, エ:3, オ:5 (順不同)


AとBがあたるとき、Cははずれるので、その確率は
2C14C1×1C13C1×2C12C1=212432
                          =16
である。

アドバイス

Cがひくときははずれのくじしか残ってないので、上の式の×2C12C1の部分は省略してもいいんだけど、(2)の式Aと違って、今回は「Cがはずれを引く」という条件がある。なので、ミスを防ぐためにちゃんと書く方がおすすめ。

くじを引く順番で、あたる確率は変わらない。つまり、ABCの順に引いても、BCAの順に引いても、各人のあたる確率は変わらない。
なので、
AとBがあたる確率 BとCがあたる確率 CとAがあたる確率 は全部等しい。
よって、求める確率は
16×3=12
である。

解答カ:1, キ:2

別解

確率をしっかり理解していない人にはおすすめしないけど、次のような考え方もできる。

A,B,C3人のくじの引き方は、
2人があたって1人がはずれる 1人があたって2人がはずれる のどちらかしかない。

当たりくじの本数とはずれくじの本数は等しいので、どちらの確率も同じである。
よって、事象Eの確率は
12
である。

解答カ:1, キ:2

解法2:(3)

まず、条件付き確率の復習をすると、

復習

事象Aが起こる確率をP(A)、事象Aと事象Bの両方が起こる確率をP(AB)とするとき、
Aが起こったときにBが起こる条件付き確率PA(B)は、
PA(B)=P(AB)P(A)
である。

復習より、E1Eの両方ともが起こる確率を求めないといけない。
そのために、E1Eの集合の関係を考える。

こういった場合は、図や表で考えた方が早い。本当はベン図の方が分かりやすいんだけど、解法1でやっちゃったので、せっかくだから違う方法をする。
表を書いてみよう。
ベン図を使う方法は、解法2を見てほしい。

あたりのくじもはずれのくじも2本ずつしかないので、全員あたりや全員はずれは起こらない。つまり、表のグレーの部分は起こらない。

表A
Aがあたる場合 Aがはずれる場合

事象E1は、表Aの赤い部分。
事象Eは、表Aの○印の部分。
表Aを見ると、○全部は赤い部分に入っている。
つまり、(E1E)=Eなので、
Eが起こる確率P(E)
E1Eの両方が起こる確率P(E1E) は等しい。

よって、求める条件付き確率は、復習の式より、
1256=652=35
である。

解答ク:3, ケ:5

解法2:(4)

この問題でも、図や表を書いて見ながら考えた方が早いし、ミスも少ない。
ここでも表を書いてみる。いろんな表の書き方を紹介したいので、表Aとは違う表をつくる。
ベン図で解く方法は、解法1を見てほしい。

「B,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く事象E2」は、表Bの赤い部分。

表B
E2

この表に、⓪~⑤の選択肢の事象の集合を書き込むと、表Cができる。

表C

問題文より、E2はコ,サ,シの和事象なので、コもサもシもE2の集合の外にははみ出していないはずである。
なので、はみ出している②,④は不適。

また、コ,サ,シは排反なので、重なっていないはずである。
なので、⓪,①のどちらかが不適。
でも、⓪を不適にしちゃうと、赤い範囲をカバーできない。
なので、正しい選択肢は⓪,③,⑤である。

解答コ:0, サ:3, シ:5 (順不同)


先に確認したように、くじはどの順に引いてもあたる確率は変わらないので、
A,Bの少なくとも一方があたりのくじを引く事象E1 B,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く事象E2 A,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く事象E3 の確率はすべて等しい。
よって、アイより、確率はすべて
56
である。

解答ス:5, セ:6, ソ:5, タ:6

ス~タの別解

B,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く確率を求めるのだけれど、「少なくとも」なので、全体から余事象を引く。
余事象は、B,Cともにはずれのくじを引くなので、Aはあたりのくじを引くことになる。
よって、確率は、Aあたり,Bはずれ,Cはずれの順にかけて
余事象=2C14C1×2C13C1×1C12C1
余事象=221432
余事象=16
なので、求める確率は、
116=56
である。

解答ス:5, セ:6

同様に、A,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く確率も、全体から余事象を引く。
余事象は、Aはずれ,Bあたり,Cはずれなので、その確率は
余事象=2C14C1×2C13C1×1C12C1
余事象=221432
余事象=16
なので、求める確率は、
116=56
である。

解答ソ:5, タ:6

解法2:(5)

事象E1,事象E2,事象E3,事象Eの関係を整理しよう。
この問題も、本当はベン図の方が分かりやすいんだけど、解法1でやっちゃったから、ここでは表を書く。ベン図を使う方法は解法1を見てほしい。

表D
E1
E2
E3

事象E1,事象E2,事象E3は、それぞれ,表Dの赤い範囲。
事象Eは、○印の部分。
見比べると、事象E1も事象E2も事象E3も、事象Eを含んでいる。
また、(1),(2)より、事象E1も事象E2も事象E3も起こる確率は等しい。
よって、
p1=p2=p3
である。

解答チ:6