수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

[문항 2] 제시문 (ㄱ)~(ㄷ)을 읽고 문제(논제 1, 논제 2)에 답하시오. (30점)

(ㄱ) 성심체육관 천장에는 10\displaystyle 10개의 전구가 있다. 각 전구마다 스위치가 있어서 스위치를 누르면 전구가 켜지고 다시 누르면 꺼진다.

(ㄴ) 어느 날 성심체육관의 모든 전구가 꺼져 있는 상태에서 태구가 임의의 서로 다른 3\displaystyle 3개의 스위치를 한 번씩 누르고 나갔다. 잠시 후 채윤이도 체육관에 들러 임의의 서로 다른 3\displaystyle 3개의 스위치를 한 번씩 누르고 나갔다. 두 학생이 체육관을 다녀간 후 켜져 있는 전구의 개수를 확률변수 X\displaystyle X라고 하자.

(ㄷ) [이산확률변수의 기댓값(평균)]

이산확률변수 X\displaystyle X의 확률질량함수가 P(X=xi)=pi  (i=1,2,3,⋯ ,n)\displaystyle \mathrm P(X=x_i)=p_i\;(i=1,2,3,\cdots,n)일 때, 이산확률변수 X\displaystyle X의 기댓값(평균) E(X)\displaystyle \mathrm E(X)는 다음과 같다.

E(X)=x1p1+x2p2+⋯+xnpn=∑i=1nxipi\displaystyle \mathrm E(X)=x_1p_1+x_2p_2+\cdots+x_np_n=\sum_{i=1}^n x_ip_i

[논제 1] 제시문 (ㄴ)의 확률변수 X\displaystyle X에 대하여 확률 P(X=2)\displaystyle \mathrm P(X=2)를 구하고 그 근거를 논술하시오. (10점)

[논제 2] 제시문 (ㄴ)의 확률변수 X\displaystyle X에 대하여 기댓값(평균) E(X)\displaystyle \mathrm E(X)를 구하고 그 근거를 논술하시오. (20점)

해설강의 준비중
+5점

태구가 3\displaystyle 3개의 스위치를 누른 후 채윤이는 켜진 전구 3\displaystyle 3개와 꺼진 전구 7\displaystyle 7개인 상태에서 임의로 3\displaystyle 3개의 스위치를 선택한다. 따라서 2\displaystyle 2개의 전구가 켜지기 위해서는 채윤이가 켜진 전구 3\displaystyle 3개 중 2\displaystyle 2개와 꺼진 전구 7\displaystyle 7개 중 1\displaystyle 1개를 택하여야만 한다.

+5점

이때 그 확률P(X=2)=3C2×7C110C3=21120=740\displaystyle \mathrm P(X=2)=\frac{{}_3\mathrm C_2\times{}_7\mathrm C_1}{{}_{10}\mathrm C_3}=\frac{21}{120}=\frac7{40}이다.

+4점

채윤이가 임의로 선택한 3\displaystyle 3개의 스위치에서 켜진 전구의 스위치의 개수가 3,2,1,0\displaystyle 3,2,1,0일 때 최종적으로 켜진 전구의 개수는 각각 0,2,4,6\displaystyle 0,2,4,6이다. 즉 확률변수 X\displaystyle X가 가질 수 있는 값은 0,2,4,6\displaystyle 0,2,4,6이다.

+12점

이때 그 확률은 각각P(X=0)=3C3×7C010C3=1120,P(X=2)=3C2×7C110C3=21120=740\displaystyle \mathrm P(X=0)=\frac{{}_3\mathrm C_3\times{}_7\mathrm C_0}{{}_{10}\mathrm C_3}=\frac1{120},\quad\mathrm P(X=2)=\frac{{}_3\mathrm C_2\times{}_7\mathrm C_1}{{}_{10}\mathrm C_3}=\frac{21}{120}=\frac7{40}P(X=4)=3C1×7C210C3=63120=2140,P(X=6)=3C0×7C310C3=35120=724\displaystyle \mathrm P(X=4)=\frac{{}_3\mathrm C_1\times{}_7\mathrm C_2}{{}_{10}\mathrm C_3}=\frac{63}{120}=\frac{21}{40},\quad\mathrm P(X=6)=\frac{{}_3\mathrm C_0\times{}_7\mathrm C_3}{{}_{10}\mathrm C_3}=\frac{35}{120}=\frac7{24}이다. 따라서 확률변수 X\displaystyle X의 확률분포는 다음과 같다.x0246P(X=x)1120211206312035120\displaystyle \begin{array}{c|c|c|c|c}x&0&2&4&6\\\hline\mathrm P(X=x)&\frac1{120}&\frac{21}{120}&\frac{63}{120}&\frac{35}{120}\end{array}

+4점

확률변수 X\displaystyle X의 기댓값은E(X)=1120(0×1+2×21+4×63+6×35)=215\displaystyle \mathrm E(X)=\frac1{120}(0\times1+2\times21+4\times63+6\times35)=\frac{21}5이다.

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