受験生応援し隊~presented by forEst~ -3ページ目

受験生応援し隊~presented by forEst~

~定期的に大学入試に役立つ問題、ためになるコラムを配信していきます~

こんにちは、株式会社forEstの大塚です。
今日は、知ってればいざというときの話題としてもってこいの数学のお話をちょこっとご紹介します。テーマは「誕生日」についてです。


皆さん、今まで生活してきた中で、自分と誕生日が同じだったという人は何人いたでしょう?(僕は、一人でした。さびしい。)

「クラスに二人いたよ!」とか「学年に5人もいた!」とか、色々な声が聞こえてきますが(笑)、それはさておき、もしある程度の目安となる「誕生日が同じ人がいる確率」を知っていたら、友達や家族のなかでの面白い話のネタになってくるのではないでしょうか?

そこでさっそく次の問題を考えていただきたいと思います。

【問題】
ある塾の教室に24人の生徒がいました。
この24人の中に
誕生日が同じ日である人が最低1組いる確率はいくらになるでしょう?

【答え】
では先に答えから(地道な計算が待っていますが、そこは我慢しましょう!)
img1.jpeg


皆さんこの数字を見てどう思いますか?

「ふーん、そんなもんか!」と思った人もいれば、「え、半分超えてるの!?」と思った人もいるかもしれません。

そう今回は半分を超えているというところが、ひとつポイントになると思います。
例えば、一学年300人くらいとして、その中でも自分と誕生日が同じなのは一人とか、多くても5人くらいいればいい方じゃない?って考えるのが普通ですよね。

でもこの確率は半分を超えちゃってますよね!?

どうしてでしょう??

ここが実感との違いですね。私たちは人数が多ければ多いほど、誕生日が同じ人はいるはずだと考えてしまいがちですが、実はしっかりと計算してみるとそうでもないんですね!

【解説】(余事象の考えを多く用います!分からない人は、教科書を見直しましょう!)
一人の人について、その人がたとえば1月1日生まれである確率は、
img1_1.jpg


三人目の人が、前の二人と誕生日が同じでない確率は
img2_1.jpg


四人目の人が、前の三人とが同じでない確率は
img2_2.jpg


ここから同じような計算が続きますので、最後まで行ったとしまして・・・

そして最後の人が、他の人(23人)と誕生日が同じでない確率は
img2_3.jpg



これらの確率は、それぞれ独立したものの確率なので、24人の誕生日がまったく同じでない確率は、これらを掛けて求めることが出来るんです。

img3_1.jpg


ここからは再度、余事象の考え方を使います。
私たちが求めたいのは「24人のうち、誕生日が同じ人が最低1組いる確率
なので、全事象から先ほど求めた「24人の誕生日がまったく同じでない確率
を引くと求められます!

img3_2.jpg


皆さん、いかがでしたでしょうか?

今回問題として出した人数である24人というのは、ちょうど確率が半分を超える微妙なラインというということで、この人数で設定しました。

クラスの人数でやってみたり、学年の人数でやってみたり(相当大変だと思いますが。)、色々と身近な数字で取り組んでみるといいと思いますよ!

では今回はここまで!

次回(担当:大塚)は、これまた話のネタになっちゃう(?)簡単な数の性質についてお話したいと思います。お楽しみに!
こんにちは!forEstの小ヶ倉です。今日は実は高校数学の原理で説明出来るGPSの原理について紹介します。


早速今日の腕試し問題を解いてみてください!

今日の問題



問題


 光の検出器1検出器2および検出器3がそれぞれXY平面座標系において(4,5),(-11,-4)および(-3,4)に置かれているとして以下の問いに答えよ。ただし光は1分間に1進むとする。

(1) ある場所に留まっている発光体が0時0分に一瞬だけ光ったとする。その光を検出器1は0時5分に、検出器2は0時13分にそれぞれ光を感知した。検出器3は故障していて役にたたなかった。

さて、発光体が存在しうる座標をすべて求めよ。

(2) 検出器3を修理してもう一度発光体をさっきの場所で1時0分に発光させたところ、検出器3で1時5分に光を感知した。これにより存在する座標を特定することが出来た。

さて発光体の存在する座標を特定せよ。

 (高校2年生数学Ⅱ学習済み推奨)


いかがでしょうか?少し物理の問題っぽい問題文ですがちゃんとした数学の問題です!(笑)


では解説に移ります。

解説




(1)まず、検出器1が光を検出するのに5分かかったということは光の速さが1分間で1進むので発光体は検出器1から5だけ離れていることになります。発光体の存在可能性があるところを図示すると中心(4,5)半径5の円上にあることが分かります。(図参照)

GPSブログ用1en


同じようにして検出器2の条件より発光体の存在しうる場所は中心(-11,-4)半径13の円上であることが分かる。図示すると以下の図のようになる。

GPSブログ用2en


ここで発光体が問題文の条件を満たすにはどちらともの円上にある必要があるため以下の二つの方程式を解く。

houteisiki.jpeg



すると(1,1)と(-1,4)と解ける。(※方程式の解き方が分からなかったら学校の先生なり塾の先生にきいてね☆)

よって発光体は(1,1)と(-1,4)のどちらかにあることが分かる。(答)

(2)検出器3の条件より中心(-3,4)半径5の円をさらに重ねると三つの円が1点で交差するところがある。それは(1,1)である。したがって発光体は(1,1)にある。(答)

gps.jpeg





いかがでしょうか。発光体の場所が特定できましたね!

さて、今回の問題。実はGPSの原理でもあるんです。

GPS(グローバル・ポジショニング・システム)とはカーナビや携帯電話でおなじみの機能ですよね。現在自分のいる場所が一瞬で分かってしまう優れものです。あれがどうやって位置を特定しているのかというと、地球を周回しているGPS用の衛生約30個が今日の問題でいうところの検出器となり位置を特定しているんです!今日の問題を解いて検出器が最低でも3つ必要だということが分かったと思います。4つ以上の検出器があればさらに精度は上がります!


では実際にはどうやって位置を特定しているのか順を追ってみてみましょう。


まず、GPSを搭載した機器が衛生に向けて電波を発信し現在の時刻を記録しておきます。

衛生はその電波をキャッチし、衛生自身の位置情報と電波をキャッチした時刻とともにGPS搭載機器に電波を送り返します。

そして、かえってきた情報をもとに電波が衛生に到着するまでにかかった時間が分かるため、それに電波の速さを掛けると衛生までの距離が分かりますよね!検出器を衛生に、発光体をGPS搭載機器に置き換えると今日の問題のような状況と同じ状況だと分かりますね!


最後に


こんなにも便利なGPSがこんなにもシンプルな原理でできているなんて驚きですね。

便利だなーと感じるものは世の中たくさんありますが、これってどういった原理で動いてんのかな~なんて考えて調べてみると意外と面白いですよ♪


では、また来週もお楽しみに!
こんにちは、forEstの鈴木です。

みなさん、カジノ行った事ありますか?僕は行った事無いんですが、韓国とかにいけば簡単にカジノで遊ぶ事ができます。

ラスベガスのカジノもよさそうですよね。ラスベガスはカジノがあまりに盛んで、すっからかんになっても大丈夫なようにホテル代がとっても安いらしいです笑。いやー、行ってみたいなー!

とまあ感想は置いといて、本題に映りましょう。今回のテーマは「ルーレット」です。
ルーレットのルールを簡単に説明しておきます。ルーレットは1~36までの数字が、赤・黒半分ずつでできていて、その数字、もしくは色(赤or黒)に賭けるギャンブルゲームです。(他にも、色々な賭け方があります)

例えば、3番に1000ドルかければ倍率が36倍、一気に36000ドルのお金を手に入れることができます。


424608_roulette_de_casino.jpg

ところが、上の図を見てもらえばわかるように、一つだけ色が違う数字があります。
0です。
この数字にだけは、どんなゲーム参加者も賭けることができません。なので、0に当たった場合は全てカジノの胴元が掛け金を獲得します。

0にボールが入る確率は1/37です。一見すると非常に低い確率に見えますが、カジノのプレイヤー(お金を賭ける方)はどれくらい儲かるのでしょうか。

ここからお勉強の時間です。ルーレットに行く前に一回は解いておきましょう!

問題1


カジノのプレイヤーが、一回のルーレットに$1ずつかけて、以下の収益になるものとする。

payoff.png


このとき、一回あたり期待収益を求めよ。

解説


一回の掛け金が1、当たる確率が18/37、外す確率が19/37なので、一回あたりの期待収益は、

equation.png


となる。


非常に簡単な問題だと思いますが、この賭けをするとプレイヤーが全然勝てない事がわかります。

では、宿題で次の問題を出そうと思います。いかに胴元が勝てるシステムになっているかがわかります。

問題2


問題1と同じルーレットゲームを行う。プレイヤーは以下の戦略をとる。
$100勝つか、$200負けるまで賭け続ける
このとき、このルーレットで$100勝つ確率を求めよ。

次回のエントリーでもし僕が覚えてたら、この問題の解説を書きながら、「カジノでなんとか勝つ方法ないの?」っていうところに言及して行こうと思います。