確率の漸化式を立てて求める極限(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 確率の漸化式を立てて求める極限(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
正三角形 ABC の頂点上を動く点 P がある.P は 1 秒ごとに,いまいる頂点以外の 2 頂点のいずれかへ,それぞれ確率 $\dfrac{1}{2}$ で移動する.最初 P は頂点 A にいる.$n$ 秒後に P が頂点 A にいる確率を $p_n$ とするとき,$p_n$ を $n$ の式で表し,$\displaystyle\lim_{n\to\infty}p_n$ を求めよ.
$n+1$ 秒後に A にいるのは,$n$ 秒後に A 以外の頂点にいて,そこから A に移動する場合であるから
\[ p_{n+1}=\frac{1}{2}(1-p_n) \]
$\alpha=\dfrac{1}{2}(1-\alpha)$ を満たす $\alpha=\dfrac{1}{3}$ を用いて変形すると
\[ p_{n+1}-\frac{1}{3}=-\frac{1}{2}\left(p_n-\frac{1}{3}\right) \]
1 秒後に P は A 以外の頂点にいるから $p_1=0$ であり,数列 $\left\{p_n-\dfrac{1}{3}\right\}$ は初項 $p_1-\dfrac{1}{3}=-\dfrac{1}{3}$,公比 $-\dfrac{1}{2}$ の等比数列である.よって
\[ p_n-\frac{1}{3}=-\frac{1}{3}\left(-\frac{1}{2}\right)^{n-1}=\frac{2}{3}\left(-\frac{1}{2}\right)^n \]
すなわち
\[ p_n=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}\left(-\frac{1}{2}\right)^n \]
$\left|-\dfrac{1}{2}\right|<1$ より $\displaystyle\lim_{n\to\infty}\left(-\frac{1}{2}\right)^n=0$ であるから $\displaystyle\lim_{n\to\infty}p_n=\frac{1}{3}$
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