コイントスとサイコロ:確率の計算方法

表が5回続く確率はどれくらいか、2つのサイコロでなぜ7のほうが12より出やすいのか、d20を2つ振って良いほうを取ると何が変わるのか。ここでは、計算を手順どおりに示し、確認用の表と、ABC SyGのツールで試す方法を紹介します。

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公平なコインと独立した試行

公平なコインは、表が出る確率が1/2(50%)、裏が出る確率も1/2です。大切なのは、1回ごとの試行が独立していることです。コインに記憶はありません。表が5回続いても、6回目はやはり50対50です。

反対に考えてしまうのが「ギャンブラーの誤謬」で、「そろそろ裏の番だ」と思い込むことです。たしかに、事前に見れば表が5回連続は起こりにくい出来事(3.125%)です。しかし、すでに起きた5回は過去のことで、次の結果には影響しません。

表が何回続くか:1/2^nの法則

試行は独立なので、確率はかけ算になります。n回連続で表(または裏、あるいは事前に決めた特定の並び)が出る確率は、1/2をn回かけたもの、つまり1/2^nです。

最初のn回がすべて表になる確率です。
連続回数計算確率
表1回1/250%
表2回1/425%
表3回1/812.5%
表4回1/166.25%
表5回1/323.125%
表6回1/641.5625%
表8回1/256約0.39%
表10回1/1,024約0.098%

よくある落とし穴があります。1/32は最初の5回が表になる確率ですが、何度も投げれば、どこかで同じ面が5回続くことは普通に起こります。100回投げたとき、どこかで同じ面(表か裏)が5回以上続く確率は約97%、6回以上続く確率は約81%です。長い試行の中の長い連続は、コインに細工がある証拠ではありません。

サイコロ1個で6が1回以上出る確率

公平な6面のサイコロは、どの目も1/6、約16.7%の確率で出ます。何回か振って6が少なくとも1回出る確率を知るには、逆を計算するのが便利です。全部の回で6が出ない確率は(5/6)の回数乗なので、それを1から引きます。

4回振る場合:1 − (5/6)^4 = 1 − 625/1,296 = 0.5177、つまり約51.8%です。サイコロを4回振ると、6が出るほうが、出ないより少し起こりやすいということです。

サイコロを振る回数6が1回以上出る確率
1約16.7%
2約30.6%
3約42.1%
4約51.8%
6約66.5%
8約76.7%

6回振っても100%にはなりません。1/6のチャンスが6回あっても、確実にはならないのです。新しく振るたびに、6が出ない確率が少しずつ下がるだけです。

2つのサイコロ:7が最も出やすい理由

6面のサイコロ2個には、6 × 6 = 36通りの同じ確率の組み合わせがあります。合計は同じ確率ではありません。作り方の数が合計によって違うからです。2は1+1の1通りだけですが、7は1+6、2+5、3+4、4+3、5+2、6+1の6通りで作れます。

6面のサイコロ2個の合計:36通りの内訳です。
合計組み合わせ確率
236通り中1通り約2.8%
336通り中2通り約5.6%
436通り中3通り約8.3%
536通り中4通り約11.1%
636通り中5通り約13.9%
736通り中6通り約16.7%
836通り中5通り約13.9%
936通り中4通り約11.1%
1036通り中3通り約8.3%
1136通り中2通り約5.6%
1236通り中1通り約2.8%

同じ表からわかることは、ほかにもあります。6が2つ出る確率は1/36(約2.8%)、同じ目が2つそろう(ゾロ目)確率は6/36 = 1/6、サイコロ2個で少なくとも1つ6が出る確率は11/36(約30.6%)で、サイコロを2回振る場合と同じです。12面のサイコロ1個と6面2個は違います。d12で7が出る確率は1/12(約8.3%)ですが、2d6では1/6です。

TRPG用のサイコロ:d4、d6、d8、d10、d12、d20

「d」のあとの数字は面の数です。d20は1〜20の数を等しい確率、つまりそれぞれ5%で出します。1からnまでの目があるn面サイコロの平均は(n + 1) / 2で、d6なら3.5、d20なら10.5です。

多くのTRPGでは、有利と不利のルールを使います。d20を2つ振って、高いほう(有利)か低いほう(不利)を採用します。400通りの組み合わせでの計算は次のとおりです。

d20を2つ振る場合の有利と不利です。
目標d20 1個有利不利
11以上を出す50%75%25%
15以上を出す30%51%9%
20を出す5%9.75%0.25%
結果の平均10.513.8257.175

有利は10ポイントを足すものではありません。11以上が必要なら50%が75%に、20が必要なら5%が9.75%になります。目標が目盛りの真ん中にあるほど効果が大きくなります。なお、ツールはゲームのルールを適用しないので、これを試すにはd20を2つ振って、自分で高いほうか低いほうを選んでください。

「コイントス」「サイコロ」「乱数生成」の使い方

  1. 「コイントス」では、コインの数(最大10枚)を選び、「コインを投げる」をタップするか、スペースキーを押します。各コインと、まとめた結果、その下に累計の回数が表示されます。「カウントをリセット」で最初からやり直せます。
  2. 「サイコロ」では、ダイスの数(1〜10個)と面の数(4、6、8、10、12、20、100)を選び、「振る」をタップします。各サイコロ、合計、振った履歴が表示され、「履歴を消去」で空にできます。
  3. 「乱数生成」では、最小値と最大値(どちらも含む)と個数を決めます。重複させたくないときは、「重複しない」をオンにして「生成」をタップします。
  4. この記事の表を確かめるには、コイン10枚を何度も投げてみてください。いちばん多いのは表5枚(投げた回数の24.6%)で、表が4〜6枚になるのは合わせて約65.6%です。表が0枚か10枚になるのは、約512回に1回です。

すべてお使いの端末で計算し、サーバーには何も送りません。コインの回数とサイコロの履歴は、ページを再読み込みすると消えます。

公平に決める方法

選択肢が2つなら、コイントスがいちばん簡単です。もっと多いときは、サイコロや乱数を使って、各選択肢に数を割り当てます。便利なコツ:選択肢が4つなら、コインを2回投げる(表表、表裏、裏表、裏裏)か、d4を使います。5つ以上なら、範囲をちょうど合わせた乱数のほうが良いでしょう。

くじは誰からも見えるようにして、投げる前にルール(どちらの面がどの選択肢か、最初の1回が有効であること)を決めておくのがよいでしょう。結果を見てから気が変わるのでは、公平さがなくなります。法的な効力が必要な抽選や公証が必要な抽選には、オンラインのツールでは足りません。

ブラウザでの「ランダム」とは

コンピューターは何も投げません。乱数生成器を使います。「サイコロ」と「乱数生成」では、サイトはブラウザの暗号用の乱数生成器を使います。結果が予測できず、範囲内のどの数も同じ確率で出るように作られたものです。コインは、ブラウザの乱数生成器で、それぞれの面が50%になるようにしています。

正直な注意が2つあります。1つ目に、コインのアニメーションは見た目だけで、結果は回転する前に決まっています。2つ目に、回数が少ないと結果が偏って見えるのは普通です。コインを100回投げたとき、表が40〜60回になる(約96%の確率)ことが多く、ちょうど50回になるとは限りません。

よくある質問

表が5回続いたら、次は裏が出やすくなりますか?

いいえ。1回ごとの試行は独立なので、6回目もまた表50%、裏50%です。反対に考えるのが、ギャンブラーの誤謬です。

表が3回続く確率は?

1/2 × 1/2 × 1/2 = 1/8、つまり12.5%です。表が5回続く確率は1/32、3.125%です。

2つのサイコロで、なぜ7が12より出やすいのですか?

7は36通り中6通り(1+6、2+5、3+4、4+3、5+2、6+1)、16.7%で作れるのに対し、12は6+6の1通りだけ、つまり2.8%だからです。

サイコロを4回振って、6が1回以上出る確率は?

1 − (5/6)^4、つまり約51.8%です。4回とも6が出ない確率を1から引いて計算します。

コインやサイコロの結果は本当にランダムですか?

ブラウザの乱数生成器で作られ、どの面にも偏りはありません。決めごとやゲームには使えますが、公式な抽選の証明にはなりません。