確率 初めの一歩~積・和

 「確率」は日常的に使われている言葉。
 率(割合)の一種。

 ある事象(イベント) Eが起こる率。P(E)。
 Eが起こらない率。P(E)。余事象。
 P(E) + P(E) = 1

 1から6の目のサイコロを振って、5の目が出る確率 1/6(6分の1)。
 また続けて5の目が出る確率 1/6 × 1/6 = 1/36。
 繰り返し試行(操作)。

 硬貨(コイン)の表か裏か
 5回繰り返して少なくとも表が1回出る確率は
 31/32。
  5回連続で裏が出る確率が(1/2) 5 = 1/32
  その余事象 1 - 1/32 = 31/32

 こんな感じで、
 トランプ
 くじ引き(抽選)
 などなど

 毎回試行(操作)するたびに同じ結果にならない、
 そんな時、確率・統計の出番。

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リーグ戦

 一例。大学入学共通テスト2026 数学Ⅰ、数学A 第4問。

3人総当たり

 引き分けなし。

 A、B、Cみな勝つ確率が1/2ならば、優勝する確率みな等しく1/3になるが、
 Aが対戦相手に勝つ確率2/3
 B、CがA以外に勝つ確率1/2
という条件。

 勝ち数の一番多い人が優勝。
 勝ち数が並んだ場合抽選。n人が並んだ場合、選ばれる確率1/n。

 Aが優勝する確率を求める問題。

 Aの勝敗は以下4通り。

A対BA対C確率
2/3 × 2/3 = 4/9
×2/3 × 1/3 = 2/9
×1/3 × 2/3 = 2/9
××1/3 × 1/3 = 1/9

 Aが2勝(全勝)の場合、Aが優勝。
 その確率4/9

 1勝1敗の確率も4/9だが、BかCが2勝すると優勝できない。

 AがBに勝ってCに負ける場合、BがCに勝つ必要がある(1通り)。

ABC
A○ 2/3× 1/3
B×○ 1/2
C×

 BがCに勝つ確率は1/2なので、
 2/9 × 1/2 = 1/9 ・・・ 確率の積

 AがCに勝ってBに負ける場合もある。
 こちらも同様。確率1/9

 1勝1敗でA、B、Cが並ぶ確率
 1/9 + 1/9 = 2/9
 かつ抽選で勝つ確率が1/3なので、
 Aが1勝1敗で優勝する確率は、
 2/9 × 1/3 = 2/27

 Aが優勝する確率は、
 2勝の場合と1勝1敗の場合の確率の和
 4/92/2714/27

 ついでながらBが優勝する確率を同じように求めると
 2勝の場合
  1/3 × 1/2 = 1/6
 1勝1敗でAに勝つ場合(かつCに負け)
  1/3 × 1/2 = 1/6
  かつAがCに勝つ場合(確率2/3)
   1/6 × 2/3 = 1/9
  かつ抽選
   1/9 × 1/3 = 1/27
 1勝1敗でAに負ける場合(かつCに勝ち)
  2/3 × 1/2 = 1/3
  かつAがCに負ける場合(確率1/3) 
   1/3 × 1/3 = 1/9
  かつ抽選
   1/9 × 1/3 = 1/27
 以上、Bが優勝する確率は、
 1/6 + (1/27 + 1/27) = 13/54
 CもBと同じ。 

 A --- 14/27(28/54)
 B --- 13/54
 C --- 13/54
 足し合わせると1

 (1 - 14/27) ÷ 2からも求められる。

4人総当たり

 A、B、C、Dみな勝つ確率が1/2ならば、優勝する確率みな等しく1/4になるが、
 Aが対戦相手に勝つ確率2/3
 B、C、DがA以外に勝つ確率1/2

 3人総当たりの時と同じ条件。

 Aが3勝(全勝)の場合、Aが優勝。その確率は、
 2/3 × 2/3 × 2/3 = 8/27

 Aが2勝1敗の場合、 
 全敗がいる場合といない場合の場合分け。

 例えばDが全敗する場合、その確率は、
 2/3 × 1/2 × 1/2 = 1/6

ABCD
A
B
C
D× 2/3× 1/2× 1/2

 AがBに勝ってCに負ける場合、
 BがCに勝ってくれないとCが全勝優勝。

ABC
A○ 2/3× 1/3
B×○ 1/2
C×

 上の表のようになる確率は、
 2/3 × 1/3 × 1/2 = 1/9
 AがCに勝ってBに負ける場合も同様。確率1/9。
 ※ 上の3人総当たりで解いている

 Dが全敗かつA、B、Cが2勝1敗で並ぶ確率は、
 1/6 × (1/9 + 1/9) = 1/27
 かつ抽選  × 1/3
 = 1/81

 Dの他、B、Cが全敗する場合もあるので(3通り)、
 Aが2勝1敗で、かつ全敗がいる場合の優勝確率
 1/81 × 3 = 1/27

 Aが2勝1敗で、かつ全敗がいない場合、
 例えばAがBに負けて、CとDに勝つ場合、その確率は、
 1/3 × 2/3 × 2/3 = 4/27

ABCD
A× 1/3○ 2/3○ 2/3
B
C×
D×

 残りの部分は以下4通り。

BCD
B○ 1/2× 1/2
C×○ 1/2
D×
BCD
B×
C×
D×
BCD
B××
C
D×
BCD
B××
C×
D

 いずれも表のようになる確率は、 
 1/2 × 1/2 × 1/2 = 1/8

 AがBに負けて、CとDに勝つ場合、Aが優勝する確率は、
 4/27 × (1/8 × 4)
 かつ抽選 × 1/2
  ※ 2人が2勝1敗で並ぶ
 = 1/27

 AがBの他、C、Dに負ける場合もあるので(3通り)、
 Aが2勝1敗で、かつ全敗がいない場合の優勝確率
 1/27 × 3 = 1/9

 Aが2勝1敗で優勝する確率は、
  1/271/94/27

 Aが優勝する確率は、
 8/274/27 = 12/27 = 4/9

 3人の時の優勝確率が14/27なので、
 4人の時の優勝確率は2/27だけ「小さい」。

 3人よりも4人の戦いのほうが優勝確率が「小さい」というのは計算しなくても何となく分かる。

 ついでながらB、C、Dの優勝確率は、
 (1 - 4/9) ÷ 3 = 5/27。

 確率の積は、∩(かつ)
 確率の和は、∪(または)

 表を書くなどして、根気よく取り組む。

理数
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