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$\displaystyle \frac{1}{6}$
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
$\displaystyle \frac{5}{6}$
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
$\displaystyle \frac{3}{6}=\frac{1}{2}$
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($\overline{A}$)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$E_{1}$は、図Cより。5「区画」分。
事象$E$は、図Dより、3「区画」分で、$E_{1}$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、
$\displaystyle \frac{3}{5}$
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$E_{2}$」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$E_{1}$ B,Cの少なくとも一方があたりくじを引く事象$E_{2}$ A,Cの少なくとも一方があたりくじを引く事象$E_{3}$ の確率はすべて等しい。
よって、アイより、確率はすべて
$\displaystyle \frac{5}{6}$
である。

解答ス:5, セ:6, ソ:5, タ:6

ス~タの別解

$E_{2}$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
$\displaystyle \frac{5}{6}$
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$E_{3}$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
$\displaystyle \frac{5}{6}$
である。

解答ソ:5, タ:6

解法1:(5)

事象$E_{1}$,事象$E_{2}$,事象$E_{3}$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$E_{1}$も事象$E_{2}$も事象$E_{3}$も、事象$E$を含んでいる。
また、(1),(2)より、事象$E_{1}$も事象$E_{2}$も事象$E_{3}$も起こる確率は等しい。
よって、
$p_{1}=p_{2}=p_{3}$
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
$\displaystyle \frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{4}\mathrm{C}_{1}}$
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、
$\displaystyle \frac{{}_{1}\mathrm{C}_{1}}{{}_{3}\mathrm{C}_{1}}$
より、余事象は
余事象$=\displaystyle \frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{4}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{1}\mathrm{C}_{1}}{{}_{3}\mathrm{C}_{1}}$式A
余事象$\displaystyle $$\displaystyle =\frac{2}{4\cdot 3}$
余事象$\displaystyle $$\displaystyle =\frac{1}{6}$

よって、求める確率は
$1-\displaystyle \frac{1}{6}=\frac{5}{6}$
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$=\displaystyle \frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{4}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{1}\mathrm{C}_{1}}{{}_{3}\mathrm{C}_{1}}$$\displaystyle \times\frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}$
になるけど、この式の赤文字部分は$\times 1$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$=\displaystyle \frac{{}_{2}\mathrm{P}_{2}}{{}_{4}\mathrm{P}_{2}}=\frac{1}{6}$
よって、求める確率は
$1-\displaystyle \frac{1}{6}=\frac{5}{6}$
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
$\displaystyle \frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{4}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{1}\mathrm{C}_{1}}{{}_{3}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}=\frac{2\cdot 1\cdot 2}{4\cdot 3\cdot 2}$
                          $=\displaystyle \frac{1}{6}$
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$\displaystyle \times\frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}$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
$\displaystyle \frac{1}{6}\times 3=\frac{1}{2}$
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
$\displaystyle \frac{1}{2}$
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$P(A\cap B)$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$P_{A}(B)$は、
$P_{A}(B)=\displaystyle \frac{P(A\cap B)}{P(A)}$
である。

復習より、$E_{1}$と$E$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、$E_{1}$と$E$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$E_{1}$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、$(E_{1}\cap E)=E$なので、
$E$が起こる確率$P(E)$
$E_{1}$と$E$の両方が起こる確率$P(E_{1}\cap E)$ は等しい。

よって、求める条件付き確率は、復習の式より、
$\displaystyle \frac{\frac{1}{2}}{\frac{5}{6}}=\frac{6}{5\cdot 2}=\frac{3}{5}$
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$E_{2}$」は、表Bの赤い部分。

表B
$E_{2}$

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、$E_{2}$はコ,サ,シの和事象なので、コもサもシも$E_{2}$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$E_{1}$ B,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く事象$E_{2}$ A,Cの少なくとも一方があたりのくじを引く事象$E_{3}$ の確率はすべて等しい。
よって、アイより、確率はすべて
$\displaystyle \frac{5}{6}$
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$=\displaystyle \frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{4}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{3}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{1}\mathrm{C}_{1}}{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}$
余事象$\displaystyle $$\displaystyle =\frac{2\cdot 2\cdot 1}{4\cdot 3\cdot 2}$
余事象$\displaystyle $$\displaystyle =\frac{1}{6}$
なので、求める確率は、
$1-\displaystyle \frac{1}{6}=\frac{5}{6}$
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$=\displaystyle \frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{4}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}{{}_{3}\mathrm{C}_{1}}\times\frac{{}_{1}\mathrm{C}_{1}}{{}_{2}\mathrm{C}_{1}}$
余事象$\displaystyle $$\displaystyle =\frac{2\cdot 2\cdot 1}{4\cdot 3\cdot 2}$
余事象$\displaystyle $$\displaystyle =\frac{1}{6}$
なので、求める確率は、
$1-\displaystyle \frac{1}{6}=\frac{5}{6}$
である。

解答ソ:5, タ:6

解法2:(5)

事象$E_{1}$,事象$E_{2}$,事象$E_{3}$,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
$E_{1}$
$E_{2}$
$E_{3}$

事象$E_{1}$,事象$E_{2}$,事象$E_{3}$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$E_{1}$も事象$E_{2}$も事象$E_{3}$も、事象$E$を含んでいる。
また、(1),(2)より、事象$E_{1}$も事象$E_{2}$も事象$E_{3}$も起こる確率は等しい。
よって、
$p_{1}=p_{2}=p_{3}$
である。

解答チ:6