Тема Росатом
Отбор Росатома
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела росатом
Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#78846

Блоха Кузя может совершать прыжки из каждой вершины правильного тетраэдра ABCD  в три соседние вершины, причем выбор этих вершин случайный и равновозможный. Прыгать Кузя начала из вершины A и, совершив 2020 прыжков, опять оказалась в той же вершине. С какой вероятностью это могло произойти?

Подсказки к задаче

Подсказка 1

2020 прыжков довольно много, давайте рассмотрим конкретный прыжок на каком-то k-ом шаге, с какой вероятностью она сможет попасть в A?

Подсказка 2

Верно, есть 2 случая: она в самой вершине A, тогда за 1 шаг ничего не получится или не в A, тогда вероятность равна 1/3, а можем ли мы как-то обобщить наш результат, получить такую формулу, чтобы по кол-ву шагов знать вероятность попадания в A на следующем шаге?

Подсказка 3

Давайте начнём строить нашу последовательность p_n, где p_n - вероятность попасть в A на n-ом шаге. Очевидно, что p_0 = 1 (мы стартуем из A), p_1 = 0 (мы точно ушли из A), p_2 = 1/3 (пойти в обратном направлении), p_3 = (1-p_2)*1/3 = 1/3 - 1/9 (не пойти в обратном направлении на шаге 2, но вернуться в точку A на шаге 3). Аналогично, выписывая последующие члены последовательности получите предположение об общей формуле

Подсказка 4

pₙ = 1/3 - 1/9 + 1/27 + ... + (-1)ⁿ/(3ⁿ⁻¹), давайте докажем её по индукции! (тут нужно брать n = 2 для базы)

Показать ответ и решение

Рассмотрим некоторый промежуточный шаг в движении Кузи. Если она на этом шаге находится в точке A  , то вероятность попасть в A  на следующем шаге равна нулю. Если же она находится в любой из оставшихся точек B,C  или D  ,то вероятность попасть в A  на следующем шаге равна 1
3  , так как из каждой такой точки есть три равновозможных пути, только один из которых приводит в A  . Пусть pk  — вероятность того, что на k− ом шаге блоха находится в точке A  . Соответственно не в точке A  она находится с вероятностью 1− pk  . Тогда на следующем шаге она окажется в A  с вероятностью

            1               1
pk+1 = (1− pk)⋅3 +0 ⋅pk = (1− pk)⋅3

Таким образом, p0 = 1  (так как изначально блоха в точке A  ), p1 =0, p2 = 13,

    (    )
p3 = 1− 1  ⋅ 1= 1 − 1, ...,
        3   3  3   9

Можно заметить закономерность и заключить при n≥ 2

p = 1− 1 +-1 ⋅⋅⋅+ (−-1)n-
 n  3  9  27     3n−1

Видим, что p
n  представляет собой сумму членов геометрической прогрессии со знаменателем равным − 1.
  3  Следовательно,

       1− (−1)n−1   n−1     n
pn = 1⋅----3n1−1-= 3---+n(−−11)
     3   1 +3        4⋅3

            32019+-1
P(A)= p2020 = 4⋅32019

Замечание. Чтобы решение было более обоснованным, формулу для pn  при n≥ 2  можно доказать методом математической индукции.

База:

    (−1)2  1
p2 = 32−-1 = 3

Шаг: пусть формула верна для n= k  , то есть

                    k
pk = 1− 1 +-1 ⋅⋅⋅+ (−k1)−1
    3  9  27     3

Тогда

             1  (   1   1  1-      (−1)k)  1
pk+1 = (1− pk)⋅3 = 1 −3 + 9 − 27 + ⋅⋅⋅− 3k−1 ⋅3 =

                             k+1                  k+1
= 1− -1- +-1- − -1--+⋅⋅⋅+ (−1k−)1- = 1− 1 + 1-⋅⋅⋅+ (−-1)k--
  3  3⋅3  9 ⋅3   27 ⋅3       3   ⋅3   3  9   27       3

то есть формула верна и для n= k+ 1  . А значит, верна и при любых n ≥2.

Ответ:

 32019-+1
 4⋅32019

Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!