Puedes pensarlo de la siguiente manera, que es claramente equivalente. Supongamos que tienes \( k \) lanzamientos iniciales. En vez de hacer \( k \) lanzamientos, contar el número de unos, hacer otra vez tantos lanzamientos como unos han salido, etc, puedes tirar el primer dado hasta que dejen de salir unos (y anotar el número de unos que han salido), luego lanzar el segundo dado hasta que dejen de salir unos, y así hasta el \( k \)-ésimo. Finalmente, el número de unos total es la suma de los unos obtenidos en las \( k \) tiras de lanzamientos.
Cada tira de lanzamientos sigue una distribución geométrica, de manera que:
\( P(X_i=n_i)=(1/8)^{n_i}(7/8) \)
Ahora, el número total de unos obtenidos viene dado por la variable aleatoria \( X=X_1+\dots+X_k \) donde \( X_i \) es el número de unos obtenidos en la tira \( i \)-ésima, y los \( X_i \) son independientes entre sí.
Entonces queda:
\( P(X=n)= \sum_{n_1+\dots+n_k=n} P(X_1=n_1)P(X_2=n_2)\dots P(X_k=n_k) = \sum_{n_1+\dots+n_k=n} (1/8)^n(7/8)^k = (1/8)^n(7/8)^kPart(n,k) \)
donde \( Part(n,k) \) es el número de maneras de expresar \( n \) como suma de \( k \) naturales.
Calcular \( Part(n,k) \) es equivalente a contar el número de maneras en que puedes disponer \( n \) bolas indistinguibles en \( k \) cajas. Este es un problema combinatorio bien conocido y la solución es:
\( Part(n,k) = \binom{n+k-1}{n} \).
En definitiva, la probabilidad final de que salgan \( n \) unos es:
\( P(X=n)=\binom{n+k-1}{n} (1/8)^n(7/8)^k \)