大学入学共通テスト 2022年(令和4年) 追試 数学ⅠA 第3問 解説

(1)

さいころを2回投げるので、表を書こう。
出た目の合計を$6$で割った余りが$A$なので、$A$の値は表Aのようになる。

表A
1回目
$1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$
2

$1$ $2$ $3$$4$$5$ $0$ $1$
$2$ $3$$4$$5$ $0$ $1$ $2$
$3$$4$$5$ $0$ $1$ $2$ $3$
$4$$5$ $0$ $1$ $2$ $3$$4$
$5$ $0$ $1$ $2$ $3$$4$$5$
$6$ $1$ $2$ $3$$4$$5$ $0$

$A=4$になるのは表Aの赤いマスの部分で、目の合計が
$4$または$10$ のとき。

解答ア:4, イ:1, ウ:0

このときの確率を求める。

表Aのマスは$6\times 6$個あって、全部同じ確率で起こる。
そのうち、赤いマスは$6$個あるので、確率は
$\displaystyle \frac{6}{6\times 6}=\frac{1}{6}$
である。

解答エ:1, オ:6

さらに、$A\geqq 4$なのは 表Aの赤いマス$+$緑のマスで、$12$個ある。
なので、その確率は
$\displaystyle \frac{12}{6\times 6}=\frac{1}{3}$
となる。

解答カ:1, キ:3

(2)

2回目を投げない場合、$A\geqq 4$である確率は表Bのようになる。

表B
1回目に
出た目
$1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$
$A$ $1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $0$
$A\geqq 4$
である
確率
$0$ $0$ $0$ $1$ $1$ $0$

なので、1回目に$5$が出た場合、2回目を投げなければ、$A\geqq 4$である確率は
$1$
だ。


次に、2回目を投げる場合を考える。

表Cに表Aを再び載せた。

表C
1回目
$1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$
2

$1$ $2$ $3$ $4$ $5$$0$ $1$
$2$ $3$ $4$ $5$ $0$$1$ $2$
$3$ $4$ $5$ $0$ $1$$2$ $3$
$4$ $5$ $0$ $1$ $2$$3$ $4$
$5$ $0$ $1$ $2$ $3$$4$ $5$
$6$ $1$ $2$ $3$ $4$$5$ $0$

1回目のさいころの目が$5$であるのは 表Cの緑の部分で、$6$マス。
2回目を投げて$A\geqq 4$になるのは 赤文字の部分で、$2$マス。
全てのマスは同じ確率で起こるから、$A\geqq 4$である確率は
赤文字のマス 緑のマス $\displaystyle = \frac{2}{6}=\frac{1}{3}$
となる。

解答ク:1, ケ3


さらに、図Cを見ると気づくんだけど、どの縦の列にも$0$~$5$がひとつずつある。
つまり、
1回目に何の目が出ても、2回目を投げると、同じ確率で$A=0$,$1$,$2$,$3$,$4$,$5$となる ことが分かる。

このことから、
1回目に何の目が出ても、2回目を投げると、$A\geqq 4$になる確率は$\displaystyle \frac{1}{3}$ といえる。

以上と表Bを合わせると、$A\geqq 4$である確率は 表Dのような状況であることが分かる。

表D
1回目に
出た目
$1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$
2回目を
投げない
とき
$0$ $0$ $0$$1$$1$ $0$
2回目を
投げる
とき
$\displaystyle \frac{1}{3}$$\displaystyle \frac{1}{3}$$\displaystyle \frac{1}{3}$ $\displaystyle \frac{1}{3}$ $\displaystyle \frac{1}{3}$$\displaystyle \frac{1}{3}$

表Dより、花子さん的には
1回目に出た目を$6$で割った余りが$3$以下であれば2回目を投げる のが有利だ。

解答コ:1


このときの$A\geqq 4$である確率は 表Dの赤いマスの和なんだけど、すべての赤いマスは$\displaystyle \frac{1}{6}$の確率で起こるので、
$\displaystyle \frac{1}{6}\left(1\times 2+\frac{1}{3}\times 4\right)$
$=\displaystyle \frac{1}{6}\cdot\frac{6+4}{3}$
$=\displaystyle \frac{5}{9}$
である。

解答サ:5, シ:9

(3)

太郎さんの戦略に入る前に、$A$によって得点なしの確率がどのように変化するかを考えておこう。

ルールを確認しておくと、
$A$が決まった後にもう1回さいころを投げ、出た目を$n$とすると、$A\leqq n$であれば得点なし だった。

なので、得点なしの確率は、

$A=0$,$1$のとき、
$n$が何であっても$A\leqq n$なので、
確率は$1$

$A=2$のとき、
$n=2$,$3$,$4$,$5$,$6$なら$A\leqq n$なので、
確率は$\displaystyle \frac{5}{6}$

$A=3$のとき、
$n=3$,$4$,$5$,$6$なら$A\leqq n$なので、
確率は$\displaystyle \frac{4}{6}$

$A=4$のとき、
$n=4$,$5$,$6$なら$A\leqq n$なので、
確率は$\displaystyle \frac{3}{6}$

$A=5$のとき、
$n=5$,$6$なら$A\leqq n$なので、
確率は$\displaystyle \frac{2}{6}$

これを表にまとめると、表Eになる。

表E
$A$ $0$ $1$ $2$ $3$ $4$ $5$
得点なしの
確率
$1$ $1$ $\displaystyle \frac{5}{6}$ $\displaystyle \frac{4}{6}$ $\displaystyle \frac{3}{6}$ $\displaystyle \frac{2}{6}$

ここまで考えたところで、問題に戻ろう。


表Eより、2回目を投げない場合、得点なしの確率は表Fのようになる。

表F
1回目に
出た目
$1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$
$A$ $1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $0$
得点なしの
確率
$1$ $\displaystyle \frac{5}{6}$ $\displaystyle \frac{4}{6}$ $\displaystyle \frac{3}{6}$ $\displaystyle \frac{2}{6}$ $1$

よって、1回目に$3$が出た場合、2回目を投げなければ 得点なしの確率は
$\displaystyle \frac{4}{6}=\frac{2}{3}$
となる。

解答ス:2. セ:3


次に、2回目を投げる場合を考える。

(2)で考えたように、
1回目に何の目が出ても、2回目を投げると、同じ確率で$A=0$,$1$,$2$,$3$,$4$,$5$となる ことが分かっている。

なので、1回目に何の目が出ても、2回目を投げた場合の得点なしの確率は、表Eより
$\displaystyle \frac{1}{6}\left\{1+1+\frac{5}{6}+\frac{4}{6}+\frac{3}{6}+\frac{2}{6}\right\}$

途中式 $=\displaystyle \frac{1}{6}\cdot\frac{6+6+5+4+3+2}{6}$
$=\displaystyle \frac{1}{6}\cdot\frac{26}{6}$
$=\displaystyle \frac{13}{18}$
となる。

解答ソ:1, タ:3, チ:1, ツ:8

以上より、1回目に$3$が出た場合、得点なしの確率は
2回目を投げなければ、$\displaystyle \frac{2}{3}=\frac{12}{18}$ 2回目を投げれば、$\displaystyle \frac{13}{18}$ となるから、
2回目を投げない方が得点なしとなる確率は小さい。

解答テ:0


ここまでの作業から、得点なしの確率は表Gのような状況であることが分かる。

表G
1回目に
出た目
$1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$
2回目を
投げない
とき
$1$ $\displaystyle \frac{5}{6}$$\displaystyle \frac{4}{6}$$\displaystyle \frac{3}{6}$$\displaystyle \frac{2}{6}$ $1$
2回目を
投げる
とき
$\displaystyle \frac{13}{18}$$\displaystyle \frac{13}{18}$ $\displaystyle \frac{13}{18}$ $\displaystyle \frac{13}{18}$ $\displaystyle \frac{13}{18}$$\displaystyle \frac{13}{18}$

表Gより、太郎さん的には
1回目に出た目を$6$で割った余りが$2$以下であれば2回目を投げる のが有利だ。

解答ト:0

このときの得点なしとなる確率は 表Gの赤いマスの和なんだけど、すべての赤いマスは$\displaystyle \frac{1}{6}$の確率で起こるので、
$\displaystyle \frac{1}{6}\left(\frac{4}{6}+\frac{3}{6}+\frac{2}{6}+\frac{13}{18}\times 3\right)$

途中式 $=\displaystyle \frac{1}{6}\left(\frac{9}{6}+\frac{13}{6}\right)$
$=\displaystyle \frac{1}{6}\cdot\frac{22}{6}$
$=\displaystyle \frac{11}{18}$
となる。

解答ナ:1, ニ:1, ヌ:1, ネ:8