投擲一公正骰子三次,所得的點數依序為 $a, b, c$。在 $b$ 為奇數的條件下,行列式 $\begin{vmatrix} a & b \\ b & c \end{vmatrix} > 0$ 的機率為 ____。(化成最簡分數)
詳解
1. 投擲公正骰子三次,所得點數 $a, b, c \in \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}$。每個骰子點數出現機率均為 $1/6$,且互相獨立。
2. 已知條件為「$b$ 為奇數」,即 $$b \in \{1, 3, 5\}$$。這三種情況出現的機會均等(各為 $1/3$)。
3. 我們希望滿足行列式大於 $0$,即:
$$\begin{vmatrix} a & b \\ b & c \end{vmatrix} > 0 \implies ac - b^2 > 0 \implies ac > b^2$$。
4. 分類討論不同的 $b$ 值之下,滿足條件的 $(a, c)$ 組合數:
- 當 $b = 1$ 時:我們需要 $$ac > 1^2 = 1$$。在所有 $$6 \times 6 = 36\text{ 種}$$ $(a, c)$ 組合中,只有 $a = 1$ 且 $c = 1$ 時 $ac = 1$。因此符合條件的組合有 $$36 - 1 = 35\text{ 種}$$。
- 當 $b = 3$ 時:我們需要 $$ac > 3^2 = 9$$。不符條件(即 $$ac \le 9$$)的組合有:
- $a = 1$:$c = 1, 2, 3, 4, 5, 6$($6$ 種)
- $a = 2$:$c = 1, 2, 3, 4$($4$ 種)
- $a = 3$:$c = 1, 2, 3$($3$ 種)
- $a = 4$:$c = 1, 2$($2$ 種)
- $a = 5$:$c = 1$($1$ 種)
- $a = 6$:$c = 1$($1$ 種)
不符條件共計 $$6 + 4 + 3 + 2 + 1 + 1 = 17\text{ 種}$$。因此,符合條件的組合有 $$36 - 17 = 19\text{ 種}$$。
- 當 $b = 5$ 時:我們需要 $$ac > 5^2 = 25$$。符合條件的組合有:
- $a = 5$:$c = 6$($1$ 種)
- $a = 6$:$c = 5, 6$($2$ 種)
符合條件共計 $$1 + 2 = 3\text{ 種}$$。
5. 在 $b$ 為奇數的條件下,所有可能的 $(a, b, c)$ 樣本點總數為:$$3 \times 6 \times 6 = 108\text{ 種}$$。
其中滿足行列式大於 $0$ 的成功樣本點總數為:$$35 + 19 + 3 = 57\text{ 種}$$。
6. 因此,所求的條件機率為:
$$P = \dfrac{57}{108} = \dfrac{19}{36}\text{ (已化為最簡分數)}$$。