수리논술, 이게 다다.

자연계열 II 1번

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문제

[문제 1] 좌표평면 위의 점 P는 동전을 한 번 던져서 앞면이 나오면 오른쪽 대각선 방향의 위(↗)로 한 칸만큼, 뒷면이 나오면 오른쪽 대각선 방향의 아래(↘)로 한 칸만큼 이동한다. 동전을 반복적으로 던지는 실험의 결과, 아래의 그림과 같이 원점 O에서 출발한 점 P가 점 Q(12, 8)에 도착했다고 할 때, 원점을 출발한 이후 점 P가 x\displaystyle x축에 닿지 않았을 확률을 구하시오. [20점]

원점에서 Q(12,8)까지 동전의 결과에 따라 이동하는 점
해설강의 준비중

논술 카탈란 수

P→Q로 진행되는 모든 경로는 동일한 확률(=(1/2)12)\displaystyle (=(1/2)^{12})을 가지므로, P가 x\displaystyle x축에 닿지 않았을 확률 p\displaystyle p는 다음과 같이 구할 수 있다.

p=P→Q의 경로 중에서 x축에 닿지 않는 경우의 수P→Q의 경우의 수(=mn)\displaystyle p=\frac{\text{P→Q의 경로 중에서 }x\text{축에 닿지 않는 경우의 수}}{\text{P→Q의 경우의 수}}\quad\left(=\frac mn\right)

(1) n\displaystyle n의 값

+7점 · Q점에 도착하기 위한 모든 경로의 수 n\displaystyle n을 바르게 계산한 경우 (a,b\displaystyle a,b의 값만 구한 경우: +2점)

Q점에 도착하기 위한 동전의 앞면(H)이 나온 횟수를 a\displaystyle a, 뒷면(T)의 횟수를 b\displaystyle b라고 하면, 다음과 같은 관계식을 유도할 수 있다.

a+b=12,  a−b=8\displaystyle a+b=12,\;a-b=8

따라서, a=10\displaystyle a=10, b=2\displaystyle b=2이다. 즉, 10개의 H와 2개의 T를 일렬로 배열하는 경우의 수이다.

n=12C10=12C2=12×112=66.\displaystyle n={}_{12}\mathrm C_{10}={}_{12}\mathrm C_2=\frac{12\times11}2=66.

(2) m\displaystyle m의 값

x\displaystyle x축에 닿지 않는 경로는 다음의 2가지 경우로 나눠 생각할 수 있다.

+5점 · x\displaystyle x축에 닿지 않는 경로의 수 m1\displaystyle m_1을 바르게 계산한 경우

(i) P가 (0,0)→(1,1)→(2,2)→(3,3)로 진행한 경우 (참고: 그림1)이 경우는, 7개의 H와 2개의 T를 일렬로 배열하는 경우의 수이다.

m1=9C7=9C2=9×82=36\displaystyle m_1={}_9\mathrm C_7={}_9\mathrm C_2=\frac{9\times8}2=36

+5점 · x\displaystyle x축에 닿지 않는 경로의 수 m2\displaystyle m_2를 바르게 계산한 경우

(ii) P가 (0,0)→(1,1)→(2,2)→(3,1)→(4,2)로 진행한 경우 (참고: 그림2)이 경우는, 7개의 H와 1개의 T를 일렬로 배열하는 경우의 수이다.

m2=8C7=8C1=8\displaystyle m_2={}_8\mathrm C_7={}_8\mathrm C_1=8

(3) 확률 p\displaystyle p의 계산

+3점 · n\displaystyle n과 m\displaystyle m을 이용하여 확률 p\displaystyle p를 바르게 계산한 경우

따라서, m=m1+m2=44\displaystyle m=m_1+m_2=44이므로, p=4466=23\displaystyle p=\frac{44}{66}=\frac23.

대학 답안 그림 1과 그림 2의 이동 경로

※ 계산 실수로 틀렸어도 논리 전개 과정이 맞으면 해당 부분에 1~2점의 부분 점수를 부여함.

※ 각 부분에서 바르게 답안을 작성한 경우에도 답안의 완성도에 따라 총점 20점 이내에서 ±1점 추가 점수 부여 가능함.

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