(1) 한 개의 주사위를 한 번 던져서 나온 눈의 수가 3의 배수일 확률은 1 3 \displaystyle \frac13 3 1 이다. 이때 주머니 A에서 임의로 2개의 공을 동시에 꺼낼 때 적힌 숫자들의 표본공간은 { ( 1 , 2 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 3 ) } \displaystyle \{(1,2),(1,3),(2,3)\} {( 1 , 2 ) , ( 1 , 3 ) , ( 2 , 3 )} 이고, 각 경우가 발생할 확률은 1 3 \displaystyle \frac13 3 1 이다. 주머니 B에서 임의로 1개의 공을 꺼낼 때 적힌 숫자들의 표본공간은 { 1 , 2 } \displaystyle \{1,2\} { 1 , 2 } 이고, 각 경우의 확률은 1 2 \displaystyle \frac12 2 1 이다. 예를 들어, 주머니 A에서 꺼낸 공이 ( 1 , 2 ) \displaystyle (1,2) ( 1 , 2 ) 이고, 주머니 B에서 꺼낸 공이 1일 때 확률은 1 3 × 1 3 × 1 2 = 1 18 \displaystyle \frac13\times\frac13\times\frac12=\frac1{18} 3 1 × 3 1 × 2 1 = 18 1 이고, 공에 적힌 숫자들의 합 k \displaystyle k k 는 4이다.
(2) 주사위의 눈의 수가 3의 배수가 아닐 확률은 2 3 \displaystyle \frac23 3 2 이다. 이때 주머니 A에서 임의로 1개의 공을 꺼낼 때 적힌 숫자들의 표본공간은 { 1 , 2 , 3 } \displaystyle \{1,2,3\} { 1 , 2 , 3 } 이고 각 경우의 확률은 1 3 \displaystyle \frac13 3 1 이고, 주머니 B에서 2개의 공을 동시에 꺼낼 때 적힌 숫자들의 표본공간은 { ( 1 , 2 ) } \displaystyle \{(1,2)\} {( 1 , 2 )} 이고 그때의 확률은 1이다. 예를 들어, 주머니 A에서 꺼낸 공이 1이고, 주머니 B에서 꺼낸 공이 ( 1 , 2 ) \displaystyle (1,2) ( 1 , 2 ) 일 때 확률은 2 3 × 1 3 × 1 = 2 9 \displaystyle \frac23\times\frac13\times1=\frac29 3 2 × 3 1 × 1 = 9 2 이고, 공에 적힌 숫자들의 합 k \displaystyle k k 는 4이다.
(3) 위와 같은 방식으로 얻은 시행의 결과는 다음과 같다.
주사위의 눈의 수 주머니 A에서 꺼낸 공 주머니 B에서 꺼낸 공 k 확률 3의 배수인 경우 ( 1 , 2 ) 1 4 1 3 × 1 3 × 1 2 = 1 18 ( 1 , 2 ) 2 5 1 3 × 1 3 × 1 2 = 1 18 ( 1 , 3 ) 1 5 1 3 × 1 3 × 1 2 = 1 18 ( 1 , 3 ) 2 6 1 3 × 1 3 × 1 2 = 1 18 ( 2 , 3 ) 1 6 1 3 × 1 3 × 1 2 = 1 18 ( 2 , 3 ) 2 7 1 3 × 1 3 × 1 2 = 1 18 3의 배수가 아닌 경우 1 ( 1 , 2 ) 4 2 3 × 1 3 × 1 = 2 9 2 ( 1 , 2 ) 5 2 3 × 1 3 × 1 = 2 9 3 ( 1 , 2 ) 6 2 3 × 1 3 × 1 = 2 9 \displaystyle \begin{array}{c|c|c|c|c}\text{주사위의 눈의 수}&\text{주머니 A에서 꺼낸 공}&\text{주머니 B에서 꺼낸 공}&k&\text{확률}\\\hline\text{3의 배수인 경우}&(1,2)&1&4&\frac13\times\frac13\times\frac12=\frac1{18}\\&(1,2)&2&5&\frac13\times\frac13\times\frac12=\frac1{18}\\&(1,3)&1&5&\frac13\times\frac13\times\frac12=\frac1{18}\\&(1,3)&2&6&\frac13\times\frac13\times\frac12=\frac1{18}\\&(2,3)&1&6&\frac13\times\frac13\times\frac12=\frac1{18}\\&(2,3)&2&7&\frac13\times\frac13\times\frac12=\frac1{18}\\\hline\text{3의 배수가 아닌 경우}&1&(1,2)&4&\frac23\times\frac13\times1=\frac29\\&2&(1,2)&5&\frac23\times\frac13\times1=\frac29\\&3&(1,2)&6&\frac23\times\frac13\times1=\frac29\end{array} 주사위의 눈의 수 3 의 배수인 경우 3 의 배수가 아닌 경우 주머니 A 에서 꺼낸 공 ( 1 , 2 ) ( 1 , 2 ) ( 1 , 3 ) ( 1 , 3 ) ( 2 , 3 ) ( 2 , 3 ) 1 2 3 주머니 B 에서 꺼낸 공 1 2 1 2 1 2 ( 1 , 2 ) ( 1 , 2 ) ( 1 , 2 ) k 4 5 5 6 6 7 4 5 6 확률 3 1 × 3 1 × 2 1 = 18 1 3 1 × 3 1 × 2 1 = 18 1 3 1 × 3 1 × 2 1 = 18 1 3 1 × 3 1 × 2 1 = 18 1 3 1 × 3 1 × 2 1 = 18 1 3 1 × 3 1 × 2 1 = 18 1 3 2 × 3 1 × 1 = 9 2 3 2 × 3 1 × 1 = 9 2 3 2 × 3 1 × 1 = 9 2
(4) 반지름의 길이가 k − 3 \displaystyle k-3 k − 3 인 원기둥의 높이는 그림 1에서 도형의 닮음을 이용하면 ( 16 − 2 k ) \displaystyle (16-2k) ( 16 − 2 k ) 로 계산할 수 있고, 원기둥의 부피는 ( k − 3 ) 2 ( 16 − 2 k ) π \displaystyle (k-3)^2(16-2k)\pi ( k − 3 ) 2 ( 16 − 2 k ) π 이다.
+4점 · k \displaystyle k k 의 값, 그때의 확률, 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 각: +4점(총 +16점)
- k \displaystyle k k 의 값과 그때의 확률을 정확히 계산하면 +2점
- 원기둥의 높이를 정확히 계산하면 +1점
- 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 +1점 (5) k = 4 \displaystyle k=4 k = 4 일 때의 확률은 1 18 + 2 9 = 5 18 \displaystyle \frac1{18}+\frac29=\frac5{18} 18 1 + 9 2 = 18 5 이고, 이때 원기둥의 반지름의 길이는 1, 높이는 8, 부피는 8 π \displaystyle 8\pi 8 π 이다.
+4점 · k \displaystyle k k 의 값, 그때의 확률, 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 각: +4점(총 +16점)
- k \displaystyle k k 의 값과 그때의 확률을 정확히 계산하면 +2점
- 원기둥의 높이를 정확히 계산하면 +1점
- 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 +1점 (6) k = 5 \displaystyle k=5 k = 5 일 때의 확률은 1 18 + 1 18 + 2 9 = 6 18 \displaystyle \frac1{18}+\frac1{18}+\frac29=\frac6{18} 18 1 + 18 1 + 9 2 = 18 6 이고, 이때 반지름의 길이는 2, 높이는 6, 부피는 24 π \displaystyle 24\pi 24 π 이다.
+4점 · k \displaystyle k k 의 값, 그때의 확률, 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 각: +4점(총 +16점)
- k \displaystyle k k 의 값과 그때의 확률을 정확히 계산하면 +2점
- 원기둥의 높이를 정확히 계산하면 +1점
- 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 +1점 (7) k = 6 \displaystyle k=6 k = 6 일 때의 확률은 1 18 + 1 18 + 2 9 = 6 18 \displaystyle \frac1{18}+\frac1{18}+\frac29=\frac6{18} 18 1 + 18 1 + 9 2 = 18 6 이고, 이때 반지름의 길이는 3, 높이는 4, 부피는 36 π \displaystyle 36\pi 36 π 이다.
+4점 · k \displaystyle k k 의 값, 그때의 확률, 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 각: +4점(총 +16점)
- k \displaystyle k k 의 값과 그때의 확률을 정확히 계산하면 +2점
- 원기둥의 높이를 정확히 계산하면 +1점
- 원기둥의 부피를 정확히 계산하면 +1점 (8) k = 7 \displaystyle k=7 k = 7 일 때의 확률은 1 18 \displaystyle \frac1{18} 18 1 이고, 이때 반지름의 길이는 4, 높이는 2, 부피는 32 π \displaystyle 32\pi 32 π 이다.
(9) 시행의 결과는 다음과 같고, 이를 이용하여 점수의 기댓값을 계산할 수 있다.
k 확률 원기둥의 밑면의 반지름 원기둥의 높이 원기둥의 부피 4 5 18 1 8 8 π 5 6 18 2 6 24 π 6 6 18 3 4 36 π 7 1 18 4 2 32 π \displaystyle \begin{array}{c|c|c|c|c}k&\text{확률}&\text{원기둥의 밑면의 반지름}&\text{원기둥의 높이}&\text{원기둥의 부피}\\\hline4&\frac5{18}&1&8&8\pi\\5&\frac6{18}&2&6&24\pi\\6&\frac6{18}&3&4&36\pi\\7&\frac1{18}&4&2&32\pi\end{array} k 4 5 6 7 확률 18 5 18 6 18 6 18 1 원기둥의 밑면의 반지름 1 2 3 4 원기둥의 높이 8 6 4 2 원기둥의 부피 8 π 24 π 36 π 32 π
+4점 · 원기둥의 부피의 기댓값을 정확히 계산하면 기댓값 = ( 5 18 × 8 π ) + ( 6 18 × 24 π ) + ( 6 18 × 36 π ) + ( 1 18 × 32 π ) = π 18 { ( 5 × 8 ) + ( 6 × 24 ) + ( 6 × 36 ) + ( 1 × 32 ) } = 432 18 π = 216 9 π = 24 π \displaystyle \begin{aligned}\text{기댓값}&=\left(\frac5{18}\times8\pi\right)+\left(\frac6{18}\times24\pi\right)+\left(\frac6{18}\times36\pi\right)+\left(\frac1{18}\times32\pi\right)\\&=\frac\pi{18}\{(5\times8)+(6\times24)+(6\times36)+(1\times32)\}\\&=\frac{432}{18}\pi=\frac{216}9\pi=24\pi\end{aligned} 기댓값 = ( 18 5 × 8 π ) + ( 18 6 × 24 π ) + ( 18 6 × 36 π ) + ( 18 1 × 32 π ) = 18 π {( 5 × 8 ) + ( 6 × 24 ) + ( 6 × 36 ) + ( 1 × 32 )} = 18 432 π = 9 216 π = 24 π
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