正四面体の頂点を移動する その2
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2020.06.21____

  正四面体は、 6つの正方形の面からなる正六面体 ( 立方体 ) と異なり、 4つの正三角形の面からなる立体です。 正四面体ABCDの1つの頂点Aからランダムに他の頂点に移動していきます。 n 回移動した直後にどの頂点に存在するかを 「 n 手目直後の状態 」 と言うことにします。

  n 手目直後の状態が A または B または C または D になる確率は 1 で、 そのすべての場合の数は 3 です。 これから、 n 手目直後の状態がAになる移動のすべての場合の数 F(n) を調べてみましょう。

  まず、 次のことは簡単に解ります。
    F(1) = 0   F(2) = 3   F(3) = 6

  n 手目の状態がAになるためには、 (n−1) 手目直後の状態がA以外でなければなりません。 (n−1) 手目直後の状態がA以外になる移動のすべての場合の数は次のようになります。
    3n−1 − F(n−1)

  B、C、D は対称性があるので、 (n−1) 手目直後の状態がBの場合の数と、 (n−1) 手目直後の状態がCの場合の数と、 (n−1) 手目直後の状態がDの場合の数は等しくて、 次のようになります。
    { 3n−1 − F(n−1) } × 1 / 3

  (n−1) 手目直後の状態が B であっても C であっても D であっても、 n 手目直後の状態がAになるのは、 n 手目は 1 通りだけです。 したがって、 n 手目直後の状態がAになる移動のすべての場合の数は次のようになります。
    F(n) = { 3n−1 − F(n−1) } × 1 / 3 × 3 =→ 3n−1 − F(n−1)

具体的には次のようになります。
   F(1) = 0
   F(2) = 3 − F(1) =→ 3−0 =→ 3
   F(3) = 32 − F(2) =→ 9−3 =→ 6
   F(4) = 33 − F(3) =→ 27−6 =→ 21
   F(5) = 34 − F(4) =→ 81−21 =→ 60
   F(6) = 35 − F(5) =→ 243−60 =→ 183
   F(7) = 36 − F(6) =→ 729−183 =→ 546