解説

方針・初手

引く順番は、$0$ のカードが出た位置だけで決まる。そこで、$0$ の位置を $k$ 番目とし、残り $6$ か所に $1,1,1,2,2,2$ を並べると考える。

$0$ の位置は $7$ 通り、残り $6$ か所のうち $1$ の位置を $3$ か所選べば数字列が定まるので、全事象は

$$ 7{}_{6}\mathrm{C}_{3}=140

$$

通りである。どの数字列も同確率である。

解法1

$0$ が出るまでは、A君、B君が交互に引く。$0$ が出たときだけ、次も同じ人が引くので、そこから後は順番の偶奇が入れ替わる。

また、$0$ を引いた人の得点は、$0$ を引く前までに自分が引いたカードの数字の合計である。したがって、$0$ を引いた後にその人がさらに引いたカードは、その人の得点には入らない。

$0$ が $k$ 番目に出るとして、A君・B君の得点に入るカードの枚数を調べると、次のようになる。

| $0$ の位置 $k$ | $0$ を引く人 | A君の得点に入る枚数 | B君の得点に入る枚数 | | ----------: | :------: | ---------: | ---------: | | $1$ | A | $0$ | $3$ | | $2$ | B | $3$ | $0$ | | $3$ | A | $1$ | $3$ | | $4$ | B | $3$ | $1$ | | $5$ | A | $2$ | $3$ | | $6$ | B | $3$ | $2$ | | $7$ | A | $3$ | $3$ |

ここで、固定された $m$ か所の数字の和が $s$ になるように、残り $6$ か所へ $1,1,1,2,2,2$ を並べる通り数を $N(m,s)$ とする。

その $m$ か所に含まれる $2$ の枚数を $r$ とすると、和は

$$ s=(m-r)\cdot 1+r\cdot 2=m+r

$$

であるから、

$$ r=s-m

$$

である。よって

$$ N(m,s)={}_{m}\mathrm{C}_{s-m}{}_{6-m}\mathrm{C}_{3-(s-m)}

$$

となる。ただし、二項係数の下の数が範囲外のときは $0$ とする。

まず、$X=1$ となる場合を数える。

A君の得点に入る枚数は、上の表より $0,3,1,3,2,3,3$ 枚である。したがって

$$ \begin{aligned} #{X=1} &=N(0,1)+N(3,1)+N(1,1)+N(3,1)\\ &\quad+N(2,1)+N(3,1)+N(3,1)\\ &=0+0+{}_{1}\mathrm{C}_{0}{}_{5}\mathrm{C}_{3}+0+0+0+0\\ &=10 \end{aligned}

$$

である。よって

$$ P(X=1)=\frac{10}{140}=\frac{1}{14}

$$

である。

次に、$X=2$ となる場合を数える。

$$ \begin{aligned} #{X=2} &=N(0,2)+N(3,2)+N(1,2)+N(3,2)\\ &\quad+N(2,2)+N(3,2)+N(3,2)\\ &=0+0+{}_{1}\mathrm{C}_{1}{}_{5}\mathrm{C}_{2}+0+{}_{2}\mathrm{C}_{0}{}_{4}\mathrm{C}_{3}+0+0\\ &=10+4\\ &=14 \end{aligned}

$$

したがって

$$ P(X=2)=\frac{14}{140}=\frac{1}{10}

$$

である。

最後に、$Y=5$ となる場合を数える。

B君の得点に入る枚数は、上の表より $3,0,3,1,3,2,3$ 枚である。$m=0,1,2$ のとき、和 $5$ は作れない。したがって、$m=3$ の場合だけを数えればよい。

$$ N(3,5)={}_{3}\mathrm{C}_{2}{}_{3}\mathrm{C}_{1}=9

$$

である。$m=3$ となるのは $k=1,3,5,7$ の $4$ 通りなので、

$$ #{Y=5}=4\cdot 9=36

$$

である。よって

$$ P(Y=5)=\frac{36}{140}=\frac{9}{35}

$$

である。

解説

この問題では、各カードの数字を直接追いかけるより、まず $0$ の位置によって「誰の得点に何枚分入るか」を決めるのが本質である。

$0$ を引くと次も同じ人が引くため、$0$ の後ではA君・B君の順番が通常の交互順からずれる。また、$0$ を引いた人は $0$ 以前のカードだけが得点になるので、$0$ の後に引いたカードをその人の得点に入れてはいけない。この点を誤ると数え上げが大きくずれる。

あとは、固定された $m$ 枚の合計が指定された値になるように、$1$ と $2$ の枚数を決めて数えればよい。

答え

**(1)**

$$ \frac{1}{14}

$$

**(2)**

$$ \frac{1}{10}

$$

**(3)**

$$ \frac{9}{35}

$$