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比賽中斷數學謎題

答對率:66%
甲和乙兩人一起租了一張球桌,進行一場桌球比賽,約定共比五局。

桌球的計分規則是:一局中,先得 11 分的人贏得此局;但是比分若達到 10 比 10 (稱作 deuce),則要領先對方兩分才能贏得此局。若任一方都無法領先對方兩分,則該局比賽將持續進行直到分出勝負。 

兩人在前四局中,甲先勝三局,已取得五戰三勝;屆時租借時間還未到,所以他們繼續打第五局。可是來不及打完第五局,時間就到了,比賽只好中斷。以下是兩人的比分:
 
11 11 10 11 8
3 6 12 4 9
?

幾天後兩人碰面,聊起上次未比完的賽事。
甲:「上次的第五局比賽要是真的打完,最後應該是我會贏。畢竟我前面已經先勝三局了。」
乙:「哪有這回事?那局比賽最後是我得 9 分、你得 8 分,雖然你的實力或許強一些,但是我再得兩分就贏了,而你還要再得三分。所以那局應該是我比較有機會贏。」
甲:「不不,真要算的話,這五局我共得了 51 分,而你得 34 分,也就是我和你得分的能力是  3:2。所要是雙方實力維持不變,你再得兩分或我再得三分的可能性是一樣的。」

那麼,當天這第五局的比賽若能比完,且甲乙都維持同樣的實力 (沒有誰突然爆氣等等),應該是誰比較有機會贏呢?

A) 甲    B) 乙    C) 一樣

建議先估計目測猜答案,再進行詳細計算。
mightqxc2013-09-30提供(2013-10-12修改)
來源:自編
看答案
A) (不過只比乙贏的機率略大一點)
 

首先還是要說明,為了得出甲乙兩人的得分比例,依目前題目所給的資訊,就只能以他們這五局總共的得分來統計 (把「每一球」都當作是獨立的,因為沒有額外的資訊了);所以得分比例 甲:乙 = 51分:34分 = 3:2 ,換言之每一球中,甲得分的機率是 3 / 5 ,乙得分的機率是 2 / 5。(當然一定會有誤差,而且在現實中更是不準確;在這裡就當作是理想準確的)

知道得分機率以後,就可以實際算雙方贏得第五局的機率了。其實就如甲說的,因為甲還要得 3 分才贏,乙只要得 2 分,剛好配合他們的得分比例,故拿下這局的機率「差不多」就是一半一半。

不過雖說是「差不多」,到底是誰贏的機會大一點呢?仔細計算機率可以得到結果;不過在計算前,稍微思考一下,也可以得知大概。以下將說明「沒有 deuce 規則」、「有 deuce 規則」的兩種情形,以茲比較。

「沒有 deuce 規則」的情形: (即先得 11 分者勝此局)

稍微思考:
如果這局比賽還可以再打 5 球,那根據甲乙得分比,這 5 球中,甲得 3 分 和 乙得 2 分 的機率是一樣的。可是這局再 4 球以內一定會結束比賽。可以想見,這對還需要得較多分的甲,是較不利的 。因此乙贏這局的機率比較大一些。
(以上的「可以想見」:如果打 5 球,最有可能的是 甲贏 3 球、乙贏 2 球;但假設如今只有前 4 球算分,也就是最後一球不算分,而 5 球中最後一球是甲得分的機率當然比乙大,所以對甲不利。更何況比賽可能再 3 球、甚至 2 球內結束。)


實際計算:
乙會勝的得分組合為:乙連得 2 分、甲乙各得一分後乙再得一分、甲得 2 分乙得 1 分後乙再得最後一分。以表格表示如下:(大括號「{ }」內的得分順序可交換)

 
得分 機率
乙乙 2/5 × 2/5 = 4/25
{甲乙}乙 2 × (3/5 × 2/5) × 2/5 = 24/125
{甲甲乙}乙 3 × (3/5 × 3/5 × 2/5) × 2/5 = 108/625
總計 4/25 + 24/125 + 108/625 = 328/625

故乙勝的機率為 328/625  = 52.48% ;甲勝的機率為 1 - 328/625 = 297/625 = 47.52%。
乙贏這局的機率稍大。



「有 deuce 規則」的情形: (得分 10:10 後進入deuce,先超過對方兩分者勝)

先看看進入 deuce 後,甲乙拿下這局的機率是分別是多少。 進入 deuce 後有可能沒完沒了,要打好多球才能分出勝負;若列出其中一方獲得的得分組合,有無限多個 (例如乙勝的得分組合:乙乙、{甲乙}乙乙、{甲甲乙乙}乙乙、……),一一算其機率再以無窮級數求和即可。或者,用以下較簡易的方式來思考計算。

稍微思考:
進入 deuce 後,若要得勝,最後一定要連得兩分,而在此之前雙方得分必然相同 (無論得了多少分)。因此,雙方得勝的機率比例,就是雙方「連得兩分」的機率比例;故 deuce 中甲勝:乙勝 = (3/5)2:(2/5)2 = 9:4,即 deuce 中甲勝的機率為 9/13 ,乙勝的機率為 4/13。
因此,進入 deuce 後甲勝的機會大多了 (兩倍以上)。沒有 deuce 規則時,雖然乙勝機率大於甲,不過也大不了多少;說不定有了 deuce 可以讓甲贏的機會反大過乙。(當然,這裡也只是「說不定」而已,對數字敏銳的人或許能看得出誰大誰小;否則要實際計算後才能肯定。)


實際計算:
進入 deuce 前甲要贏的得分組合,只有甲連得 3 分;故機率為 (3/5)3 = 27/125。
要進入 deuce 的得分組合為 {甲甲乙},機率為 3 × (3/5 × 3/5 × 2/5) = 54/125 。故進入 deuce 後甲贏的機率為: 9/13 × 54/125 = 486/1625。
故甲勝的機率為 27/125 + 486/1625 = 837/1625 ≈ 51.51% ;乙勝的機率為 1 - 837/1625 = 788/1625 ≈ 48.49%。
這次變成甲贏這局的機率稍大。


 

解析

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