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東北大学/2015年度

東北大学 2015年 数学 第3問解答・解説

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1問題

東北大学2015年度第3問

サイコロを 3 回投げて出た目の数を順に p1,p2,p3p_{1}, p_{2}, p_{3} とし、x の 2 次方程式

2p1x2+p2x+2p3=0……(∗)2 p _ {1} x ^ {2} + p _ {2} x + 2 p _ {3} = 0 \quad \dots \dots \quad (*)

を考える。

(1) 方程式 (*) が実数解をもつ確率を求めよ。

(2) 方程式 (*) が実数でない 2 つの複素数解 α, β をもち、かつ αβ = 1 が成り立つ確率を求めよ。

(3) 方程式 (*) が実数でない 2 つの複素数解 α, β をもち、かつ αβ < 1 が成り立つ確率を求めよ。

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答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1) 5/216. (2) 11/72. (3) 89/216.

3解答

解答を見る途中式つきの解答

D=p22−16p1p3D=p_2^2-16p_1p_3。実数解条件D≧0D\geq0ではp1p3≦94\displaystyle p_1p_3\leq\frac94となり該当5通り、確率5216\displaystyle \frac5{216}。非実根条件D<0D<0、αβ=p3p1\displaystyle \alpha\beta=\frac{p_3}{p_1}。αβ=1\alpha\beta=1はp1=p3p_1=p_3で33通り、確率1172\displaystyle \frac{11}{72}。αβ<1\alpha\beta<1はp3<p1p_3<p_1の15組。(p1,p3)=(2,1)(p_1,p_3)=(2,1)ではp2=1,…,5p_2=1,\ldots,5の5通り、他14組は全6通りで合計89通り、確率89216\displaystyle \frac{89}{216}。

原文p.5の第3問(1)–(3)を確認。全216通りで判別式D=p22−16p1p3D=p_2^2-16p_1p_3。D≧0D\geq0となるのは5通りで5216\displaystyle \frac5{216}。非実根かつαβ=1\alpha\beta=1はp1=p3p_1=p_3で33通り、1172\displaystyle \frac{11}{72}。αβ<1\alpha\beta<1はp3<p1p_3<p_1、(2,1)の場合5通り、残る14組は各6通りで89216\displaystyle \frac{89}{216}。旧B/F両答案一致。

この問題で使う考え方

  • 有限標本空間の数え上げ
  • 判別式による場合分け

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