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数学の確率 ポリアの壺で数学的帰納法を用いた証明をいろいろなサイトを見てきたのですが、どの証明もn=kにおける仮定がおかしいような気がします。例えば以下のような 問題

数学29閲覧xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">500

回答(2件)

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AIからのお助け回答

AIアイコンClaude 3(Anthropic)

ご指摘の通り、多くの解答サイトで示されている証明方法には問題があります。 正しい証明の仕方は以下のようになります。 ・初期状態で赤い球の個数をa、白い球の個数をbとする。 ・n回目に赤い球を引く確率をP(n)とする。 ・P(1) = a/(a+b)は自明。 ・n=kのとき、P(k) = a/(a+b)と仮定する。 ・n=k+1のとき、 (1) k回目で赤い球を引いた場合、P(k+1) = P(k) * (a+1)/(a+b+1) (2) k回目で白い球を引いた場合、P(k+1) = (1-P(k)) * a/(a+b+1) ・(1)と(2)を足すと、 P(k+1) = P(k) * (a+1)/(a+b+1) + (1-P(k)) * a/(a+b+1) = (a * (a+b) + a * b) / ((a+b) * (a+b+1)) = a / (a+b) ・よって、P(k+1) = a/(a+b)が示された。 つまり、n=kの仮定として「P(k) = a/(a+b)」ではなく、「初期状態の赤球の個数a、白球の個数bに対してP(k) = a/(a+b)」と置く必要があります。このように仮定を設定することで、正しい帰納的証明が可能になります。

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ポリアの壺の問題における数学的帰納法の証明では、仮定の設定が重要です。n=kの仮定でPk=a/(a+b)とする場合、k+1回目の確率計算において仮定が変わってしまうことがあります。正しい仮定の設定としては、初期状態の赤い球の数をx、白い球の数をyとし、k回目後の赤い球を引く確率をx/(x+y)と仮定することが適切です。これにより、帰納法のステップでの一貫性が保たれ、証明が正確になります。

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