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114學測數學A 第15題 詳解

機率期望・分段 · 選填 · 題目出處:114 學年度學科能力測驗 數學A 考科(大學入學考試中心)

題目
假日市集有個攤位推出「試試手氣,定價 480 元的可愛玩偶最低只要 240 元」。規則為:顧客投擲一枚均勻硬幣至多 5 次,前 3 次連續擲得 3 個正面者則只能以 240 元購得一個玩偶,擲到第 4 次才累積得 3 個正面者則只能以 320 元購得一個,擲到第 5 次才累積得 3 個正面者則只能以 400 元購得一個;5 次投完仍未累積 3 個正面者則只能以 480 元購得一個。參與此遊戲的顧客購得一個玩偶所花金額的期望值為多少元?

答案405 元看逐步解析 ↓

逐步解析

  1. 1

    分四種價格

    本題考機率分布與期望值。價格由「第幾次擲滿 33 個正面」決定:前 33 次全正 →240\to 240 元;第 44 次才累積滿 33 正 →320\to 320 元;第 55 次才滿 →400\to 400 元;55 次仍未滿 →480\to 480 元。逐一求機率,再做加權平均。
  2. 2

    前兩種機率

    P(240)=(12)3=18P(240)=\left(\dfrac12\right)^3=\dfrac18。「第 44 次才滿 33 正」表示前 33 次恰 22 正、且第 44 次擲出正面:P(320)=C23(12)3⋅12=316P(320)=C^3_2\left(\dfrac12\right)^3\cdot\dfrac12=\dfrac3{16}。
  3. 3

    後兩種機率

    「第 55 次才滿」表示前 44 次恰 22 正、且第 55 次擲出正面:P(400)=C24(12)4⋅12=632=316P(400)=C^4_2\left(\dfrac12\right)^4\cdot\dfrac12=\dfrac6{32}=\dfrac3{16}。其餘為原價:P(480)=1−18−316−316=12P(480)=1-\dfrac18-\dfrac3{16}-\dfrac3{16}=\dfrac12。代回檢查:「55 次擲出的正面不足 33 個」的機率 =C05+C15+C2525=1+5+1032=12=\dfrac{C^5_0+C^5_1+C^5_2}{2^5}=\dfrac{1+5+10}{32}=\dfrac12,兩邊吻合。
  4. 4

    算期望值

    E=240⋅18+320⋅316+400⋅316+480⋅12=30+60+75+240=405E=240\cdot\dfrac18+320\cdot\dfrac3{16}+400\cdot\dfrac3{16}+480\cdot\dfrac12=30+60+75+240=405。答案為 405405 元。
答案
405 元

關鍵觀念:#機率 #期望值 #條件機率

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常見卡點
「第 44 次才滿 33 正」最容易誤算成「前 44 次恰 33 正」=C3424=14=\dfrac{C^4_3}{2^4}=\dfrac14:這把「前 33 次已全正、第 44 次反面」的情形(早就用 240240 元買到了)也混進來。正確拆法是鎖定「最後一擲必為正面」:前 33 次恰 22 正,乘上第 44 次正面的 12\dfrac12。

還是卡住嗎?

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