0121 碟子游戏奖金
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拉格朗日计划
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碟子游戏奖金

开局时包内装有一个红色碟子和一个蓝色碟子,每一轮玩家从包中取出一个碟子,记录其颜色后放回包中,并在包中再加入一个红色碟子。

玩家需要付1元来玩这个游戏,若游戏结束时玩家取出过的蓝色碟子数比取出过的红色碟子数多则获胜,并获得奖金,奖金只能是整数,以元为单位。

若游戏总共进行4轮,那么玩家获胜的概率是$11/120$,因此游戏获胜的奖金最高可以设置为10元,否则庄家的期望收益为负。

若游戏总共进行15轮,且庄家的期望收益需要非负,求可以设置的最高奖金。

本题难度:



解答

在第n轮时包内有n个红色碟子和1个蓝色碟子,因此取出红色碟子和蓝色碟子的概率分别是$n/(n+1)$和$1/(n+1)$。 令k为局终时取出过的红色碟子数,显然$0\le k\le 7$时玩家获胜。对每个k, 取到红色碟子的轮次共有$\binom{15}{k}$种可能,因此获胜的概率为 $$p=\frac{1}{16!}\sum\limits_{k=0}^7\sum\limits_{(n_1,\ldots,n_k)\in S_k}\prod\limits_{i=1}^kn_k=\frac{9219406943}{20922789888000},$$ 其中$n_1,\ldots,n_k$是取到红色碟子的轮次,$S_k$是从15个轮次中选出k个的所有可能选法。

结果是$1/p$的整数部分即$2269$。

import itertools, math

p=sum(math.prod(r) for k in range(0,8) for r in itertools.combinations(range(1,16),k))

print(p,math.factorial(16)/p)