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宮崎大学/2024年度/前期

宮崎大学 2024年 数学 第4問解答・解説

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1問題

宮崎大学2024年度第4問

平面上に固定された円があり,円周上に点が8つ,円周を8等分するようにとられている。さらに,右図のように,番号1は円の中心を表し,番号2~9はそれぞれ,円周上の点を表すとする。1から9までの番号が1つずつ書かれた9枚のカードがあり,A,B,CA,B,C の3人が,司会者のもとで次のゲームを行う。

円の中心に黒丸と番号1があり、円周上に8つの黒丸が等間隔で並んでいる。円周の最上部を2とし、そこから反時計回りに3、4、5、6、7、8、9の番号が付いている。

司会者は,9枚のカードから無作為に3枚をとって AA に渡し,続いて,残り6枚のカードから無作為に3枚をとって BB に渡し,続いて,残った3枚のカードを CC に渡す。AA は,受け取ったカードに書かれた番号が表す3点のうちのどの2点も線分で結ぶ。BB も CC も,AA と同じことを行う。このようにして,3人それぞれが図形を作る。このとき,次の各問に答えよ。   (1) AA の作る図形が三角形でない確率を求めよ。   (2) 3人の作る図形がいずれも三角形である確率を求めよ。   (3) このゲームを4回行ったとき,次の6つの条件①~⑥がすべて満たされるとする。ただし,①~⑨はそれぞれ,1~9の番号が書かれたカードを表す。   ① ある回で誰かに線分で結ばれたことのある2点は,他のどの回においても誰にも結ばれない。   ② AA の作る図形は4回とも三角形ではない。   ③ 1回目に,BB は 3\boxed{3} を受け取る。   ④ 2回目に,BB は 2\boxed{2} と 4\boxed{4} を,CC は 5\boxed{5} と 6\boxed{6} を受け取る。   ⑤ 3回目に,BB は 2\boxed{2} と 3\boxed{3} を,CC は 6\boxed{6} と 7\boxed{7} を受け取る。   ⑥ 4回目に,CC は 2\boxed{2} と 8\boxed{8} を受け取る。   このとき,A,B,CA,B,C のそれぞれが各回でどの番号のカードを受け取ったか答えよ。ただし,例えば,ある回で AA が 1,2,3\boxed{1},\boxed{2},\boxed{3},BB が 4,5,6\boxed{4},\boxed{5},\boxed{6},CC が 7,8,9\boxed{7},\boxed{8},\boxed{9} を受け取ったときは, ABC1 2 34 5 67 8 9\begin{array}{c|c|c} A&B&C\\ \hline \boxed{1}\ \boxed{2}\ \boxed{3}&\boxed{4}\ \boxed{5}\ \boxed{6}&\boxed{7}\ \boxed{8}\ \boxed{9} \end{array} のように解答欄に記すとし,解答欄において番号の書かれていない部分のみを埋めよ。なお,受け取ったカードの組み合わせが正しければ,その番号の並び順は問わない。

まずは自分で解いてみましょう。詰まったら「考え方」、解けたら「答え」で確かめられます。

2解答

解答を見る答えはこの解答の中にあります

(2) カード1を受け取る人は3通り。その人が残りの8枚から選ぶ2枚は、直径の両端4組を除く (82)−4=24\displaystyle \binom82-4=24 通りである。この人の図形が三角形なら、他の2人は円周上の3点を受け取るので必ず三角形。従って条件を満たす配り方は 3⋅24⋅(63)=1440\displaystyle 3\cdot24\cdot\binom63=1440 通り、全配り方は (93)(63)=1680\displaystyle \binom93\binom63=1680 通りで、 P=14401680=67.\displaystyle P=\frac{1440}{1680}=\boxed{\frac67}.

(3) Aが三角形を作らないには、各回Aが中心1と直径の両端の一組を受け取る必要がある。条件①によりその4組は重複できず、4回で全てを一度ずつ使う。2回目は残りからAが {1,3,7}\{1,3,7\}。4回目のCは2,8を含むため、Aの直径組は {3,7}\{3,7\} または {5,9}\{5,9\} だが、前者は2回目Aと重なるので4回目Aは {1,5,9}\{1,5,9\}。3回目Aは残りの固定カードから {1,4,8}\{1,4,8\} または {1,5,9}\{1,5,9\} で、後者は4回目と重なるため {1,4,8}\{1,4,8\}。従って1回目Aは {1,2,6}\{1,2,6\}。

2回目のBの残り一枚は8または9。8なら辺 4–84\text{--}8 が3回目Aと重なるのでBは9、Cは8。3回目のBの残り一枚は5または9。9なら辺 2–92\text{--}9 が2回目Bと重なるのでBは5、Cは9。

1回目に残るカードは 3,4,5,7,8,93,4,5,7,8,9。Bは3を含む。7を含むと辺 3–73\text{--}7 が2回目Aと重なり、5を含むと辺 3–53\text{--}5 が3回目Bと重なる。追加2枚を 4,8,94,8,9 から選ぶと、4,84,8 は3回目Aの辺、4,94,9 は2回目Bの辺と重なる。よって1回目Bは {3,8,9}\{3,8,9\}、Cは {4,5,7}\{4,5,7\}。

4回目Cの残り一枚は 3,4,6,73,4,6,7 のいずれか。3なら辺 2–32\text{--}3 が3回目B、4なら辺 4–84\text{--}8 が3回目A、6なら辺 2–62\text{--}6 が1回目Aと重なる。従って4回目Cは {2,7,8}\{2,7,8\}、Bは {3,4,6}\{3,4,6\}。答えをまとめると 回ABC11,2,63,8,94,5,721,3,72,4,95,6,831,4,82,3,56,7,941,5,93,4,62,7,8\begin{array}{c|c|c|c} \text{回}&A&B&C\\\hline 1&1,2,6&3,8,9&4,5,7\\ 2&1,3,7&2,4,9&5,6,8\\ 3&1,4,8&2,3,5&6,7,9\\ 4&1,5,9&3,4,6&2,7,8 \end{array} 各行は9枚を重複なく分け、異なる行の間でも各二点を結ぶ辺は重複しない。

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