수리논술, 이게 다다.

자연계열 6번

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문제

Ⅲ. 다음 글을 읽고 아래 물음에 답하시오.

2차원 평면 위에 존재하는 다섯 개의 점 (x1,y1)=(1,1)\displaystyle (x_1 , y_1 )=(1,1), (x2,y2)=(3,2)\displaystyle (x_2 , y_2 )=(3,2), (x3,y3)=(4,3)\displaystyle (x_3 , y_3 )=(4,3), (x4,y4)=(5,4)\displaystyle (x_4 , y_4 )=(5,4), (x5,y5)=(7,9)\displaystyle (x_5 , y_5 )=(7,9) 를 통하여 x\displaystyle x의 변화에 따라 y\displaystyle y가 어떻게 변하는지를 알아보려 한다.

[문제 5] x\displaystyle x의 변화에 따라 y\displaystyle y가 변하는 대체적인 추세를 파악해보기 위하여 이를 설명할 수 있는 직선을 찾아보려고 한다. 즉, 이 다섯 점의 변화를 최대한 잘 설명할 수 있는 직선 y=ax+b\displaystyle y=ax+b (단, a\displaystyle a와 b\displaystyle b는 상수)를 구하려 한다. 이 때, a\displaystyle a의 값을 구하기 위하여 먼저 다음을 정의하였다.

① 모든 1≤i<j≤5\displaystyle 1 \le i<j \le 5 에 대하여 “xj>xi\displaystyle x _{j} >x _{i} 인 (i,j)\displaystyle (i, j) 의 개수”를 N\displaystyle N이라 정의한다.

② N\displaystyle N개의 xj>xi\displaystyle x _{j} >x _{i} 인 (i,j)\displaystyle (i, j)에 대하여 Sij\displaystyle S_{ij}를 다음과 같이 정의한다.

Sij=yj−yixj−xi,i<j\displaystyle S_{ij} = \frac{y_j - y_i }{x_j - x_i } , i<j

위의 내용을 사용하여 학생 갑은 a\displaystyle a의 값으로 N\displaystyle N개의 Sij\displaystyle S_{ij} 값들의 평균을 사용할 것을 제안하였다. 갑이 한 제안의 논리적 타당성에 대하여 설명하시오.(10점)

[문제 6] 위와 같은 상황에서 a\displaystyle a의 값을 구할 수 있는 다른 방안을 제시하고 학생 갑의 제안과 비교하여 그 타당성을 설명하시오.(10점)

해설강의 준비중

논술 최소제곱법

관련 개념강의 준비중

이 문제는 학생들의 다양한 사고력을 측정했기 때문에 다양한 답안이 가능할 것으로 생각된다.

(예 1)

위에서 구한 10 개의 Sij\displaystyle S _{ij}의 값을 크기순서로 나열하면 다음과 같다.

12,23,34,1,1,1,43,74,2,52\displaystyle \frac{1}{2} , \frac{2}{3} , \frac{3}{4} , 1 , 1 , 1 , \frac{4}{3} , \frac{7}{4} , 2 , \frac{5}{2}

위 10개 값의 중앙값 (또는 최빈값)은 1 이므로 이 값을 기울기의 추정값으로 사용하는 것이 가능하다. 중앙값(또는 최빈값)은 자료의 중심을 나타내는 대표값으로서 평균과 함께 자주 사용된다. 또한 중앙값(또는 최빈값)은 자료 가운데 지나치게 크거나 작은 값에 큰 영향을 받지 않는 장점이 있어 위와 같은 문제에서 만약 소수의 크거나 작은 값이 존재할 때 평균보다 더 자료의 중심을 잘 대표할 수 있게 된다.

(예 2)

찾고자 하는 직선을 y∗=a∗x+b∗\displaystyle y ^{*} =a ^{*} x+b ^{*} 라 하자. 실제로 관측된 다섯 개의 x\displaystyle x 좌표의 값을 이 식에 대입하여 얻어지는 다섯 개의 y∗\displaystyle y ^{*} 값과 관측되었던 다섯 개 y\displaystyle y 값과의 차이의 절대값(또는 제곱값)의 합을 최소로 해주는 a∗,b∗\displaystyle a ^{*} , b ^{*} 값을 구한다.

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