ITパスポート試験

問94

ITパスポート過去問 令和7年度(2025年)問94

稼働率0.9の装置で並列システムを構成したい。このシステムの稼働率を0.999とするためには,最低何台の装置で並列システムを構成する必要があるか。ここで,並列システムを構成したときに,少なくとも1台の装置が稼働していればシステムは正常に稼働しているものとする。

選択肢

  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

正解と解き方・学習ポイント(AI解説)

正解:
あなたの回答:未回答

並列システムは「少なくとも1台が稼働していれば稼働」とするため、システムが停止するのは「全台が故障した場合」だけです。各装置の稼働率が0.9なら故障率は0.1なので、n台並列の停止確率は(0.1)^n、稼働率は1−(0.1)^nです。これが0.999以上となる最小のnを求めます。

不正解

2台の場合、停止確率は(0.1)2=0.01なので、稼働率は1−0.01=0.99です。目標の0.999を満たしません。

正解

3台のとき、システム稼働率は 1 − 0.1^3 = 0.999 です。0.999以上となる最小台数なので正解です。

不正解

4台の場合、稼働率は1−(0.1)4=1−0.0001=0.9999です。目標は満たしますが、最小台数ではありません。

不正解

5台の場合、稼働率は1−(0.1)5=1−0.00001=0.99999です。目標は満たしますが、最小台数ではありません。

Point

並列システムの稼働率を、装置の故障率から計算できるかを確認する問題です。特に「並列では全台故障が停止条件である」ことを踏まえて、不等式を立てて最小台数を判断できることが問われます。

解くために必要な知識

この問題を解くには、並列システムの稼働率の計算方法の理解が必要です。

用語の整理

用語名 意味
稼働率 システムが正常に動作している確率として扱います。0から1の範囲で表されます。
並列システム 複数の装置を並列に用い、少なくとも1台が正常であれば稼働する構成です。
故障率 装置が故障している確率として扱います。稼働率がRのとき、故障率は(1−R)です。

並列システムの稼働率の考え方

並列システム(少なくとも1台が稼働していれば稼働)の場合、停止条件は「全台が故障」です。

  • n台が独立に故障すると考えると、全台故障の確率は各故障率の積になります。

基本式

装置1台の稼働率をR、故障率をqとすると次のとおりです。

  • q = 1 − R

  • 全台故障確率 = qn

  • システム稼働率 = 1 − qn

解くための手順

  • 各装置の故障率(1−稼働率)を求めます。

  • 全ての装置が同時に故障する確率(故障率のn乗)を求めます。

  • 1からそれを引いてシステム稼働率を出し、目標値以上となる最小のnを選びます。

問題の解法手順

解く手順

1台あたりの故障率を求めます

稼働率が0.9なので、故障率は次のとおりです。

  • 故障率 = 1 − 0.9 = 0.1

n台並列の停止確率を式で表します

並列で「全台が故障したときだけ停止」なので、停止確率は次のとおりです。

  • 停止確率 = (0.1)n

システム稼働率の条件を不等式にします

システム稼働率は「1 − 停止確率」です。

  • システム稼働率 = 1 − (0.1)n

目標が0.999なので、

  • 1 − (0.1)n ≥ 0.999

不等式を整理します

  • (0.1)n ≤ 0.001

nを小さい順に試して最小の整数を決めます

n (0.1)^n 条件(≤0.001)
1 0.1 満たさない
2 0.01 満たさない
3 0.001 満たす

よって、最小はn=3です。

選択肢ごとの解説

不正解

2台の場合、停止確率は(0.1)2=0.01なので、稼働率は1−0.01=0.99です。目標の0.999を満たしません。

正解

3台のとき、システム稼働率は 1 − 0.1^3 = 0.999 です。0.999以上となる最小台数なので正解です。

不正解

4台の場合、稼働率は1−(0.1)4=1−0.0001=0.9999です。目標は満たしますが、最小台数ではありません。

不正解

5台の場合、稼働率は1−(0.1)5=1−0.00001=0.99999です。目標は満たしますが、最小台数ではありません。

まとめ

並列システムは「少なくとも1台が稼働していれば稼働」とするため、システムが停止するのは「全台が故障した場合」だけです。各装置の稼働率が0.9なら故障率は0.1なので、n台並列の停止確率は(0.1)^n、稼働率は1−(0.1)^nです。これが0.999以上となる最小のnを求めます。

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