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確率のパラドックス

全員が「他人のプレゼント」を引けるか?

n人が持ち寄ったプレゼントをまぜて、1人1個ずつ引きます。誰も自分の物を引かない(全員が他人の物になる)確率は? 人数を増やしても、確率は約 36.8%(1/e) に落ち着きます。交換ボタンで試してみてください。

「交換する」を押すと、誰がどのプレゼントを引いたか表示されます。

なぜ人数を増やしても 1/e なのか

「誰も自分のを引かない」並べ方を完全順列(攪乱順列)といいます。その確率は、包除原理で次のように書けます。

確率 = 1 − 1/1! + 1/2! − 1/3! + … ± 1/n!

この式は、指数関数の展開 ex = 1 + x + x²/2! + … に x = −1 を入れたもの、つまり 1/e の展開そのものです。だから人数 n が増えるほど確率は 1/e ≒ 0.3679 にどんどん近づきます。実際、2人で50%、3人で約33%、4人で約37.5%、5人で約36.7%と、すぐに 36.8% 付近に落ち着きます。

出典・由来

「完全順列(derangement)」または「モンモールの問題(出会いの問題)」と呼ばれます。ピエール・レイモン・ド・モンモールが1708年の著書『偶然のゲームの解析』で提起し、ニコラウス・ベルヌーイらも解きました。参考:Derangement(英語版ウィキペディア)