수리논술, 이게 다다.

자연계열 1교시 1번

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문제

[문제 1] 다음 규칙에 따라 점수를 얻는 시행을 한다. 풀이와 함께 물음에 답하시오.

● 주머니에 빨간색 공 4개, 파란색 공 3개, 초록색 공 3개가 들어 있다.

● 서로 다른 2개의 주사위를 동시에 던져 나온 눈의 수의 합이 4 이하이면, 주머니에서 임의로 공 2개를 동시에 꺼낸다. 만일 눈의 수의 합이 5 이상이면, 주머니에서 임의로 공 1개를 꺼낸다.

● 꺼낸 공 중에서 빨간색 공의 개수를 점수로 얻는다.

● 꺼낸 공을 모두 주머니에 다시 넣는다.

위 시행을 2회 반복할 때, 얻은 점수의 합이 2 이상일 확률을 구하시오. [20점]

해설강의 준비중
+2점 · 사건 A\displaystyle A의 확률을 정확히 계산하면

(1) 2개의 주사위를 동시에 던져 나온 수의 눈의 합이 4 이하인 사건을 A\displaystyle A라고 하자. 2개의 주사위를 동시에 던져 나온 수의 눈의 합이 4 이하인 경우의 수는 (1,1), (1,2), (2,1), (1,3), (2,2), (3,1)의 6가지이므로, 사건 A\displaystyle A가 일어날 확률은 P(A)=636=16\displaystyle P(A)=\frac6{36}=\frac16이다.Correction. “수의 눈의 합”은 “눈의 수의 합”의 오기다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

(2) 시행을 2회 반복할 때 얻은 점수의 합이 0인 사건과 점수의 합이 1인 사건은 서로 배반사건이므로, 점수의 합이 2 미만일 확률은 점수의 합이 0인 확률과 점수의 합이 1인 확률의 합과 같다. 또한, 점수의 합이 2이상인 사건은 점수의 합이 2 미만인 사건의 여사건이다. 따라서,P(점수의 합≥2)=1−P(점수의 합≤1)=1−P(점수의 합=0)−P(점수의 합=1)\displaystyle P(\text{점수의 합}\ge2)=1-P(\text{점수의 합}\le1)=1-P(\text{점수의 합}=0)-P(\text{점수의 합}=1)으로 구할 수 있다.

(3) 문제의 시행을 1회 했을 때 얻은 점수를 X\displaystyle X라 하고, X=0\displaystyle X=0인 사건을 C\displaystyle C, X=1\displaystyle X=1인 사건을 D\displaystyle D라 하자. 각 시행은 독립시행이므로 P(점수의 합=0)={P(C)}2\displaystyle P(\text{점수의 합}=0)=\{P(C)\}^2이며, 점수의 합이 1이라면 첫 번째 시행에서 0점, 두 번째 시행에서 1점을 얻거나 첫 번째 시행에서 1점, 두 번째 시행에서 0점을 얻으면 되므로P(점수의 합=1)=P(C)×P(D)+P(D)×P(C)=2×P(C)×P(D)\displaystyle P(\text{점수의 합}=1)=P(C)\times P(D)+P(D)\times P(C)=2\times P(C)\times P(D)이다.

(4) 확률의 곱셈정리와 덧셈정리를 이용하면 P(C)\displaystyle P(C), P(D)\displaystyle P(D)는 다음과 같이 구할 수 있다.P(C)=P(C∩A)+P(C∩Ac)=P(A)P(C∣A)+P(Ac)P(C∣Ac)P(D)=P(D∩A)+P(D∩Ac)=P(A)P(D∣A)+P(Ac)P(D∣Ac)\displaystyle \begin{aligned}P(C)&=P(C\cap A)+P(C\cap A^c)=P(A)P(C\mid A)+P(A^c)P(C\mid A^c)\\P(D)&=P(D\cap A)+P(D\cap A^c)=P(A)P(D\mid A)+P(A^c)P(D\mid A^c)\end{aligned}

+8점 · 사건 C\displaystyle C, D\displaystyle D의 조건부확률을 정확히 계산하면 - P(C∣A)\displaystyle P(C\mid A), P(D∣A)\displaystyle P(D\mid A), P(C∣Ac)\displaystyle P(C\mid A^c), P(D∣Ac)\displaystyle P(D\mid A^c)를 정확히 계산하면 각 +2점

(5) P(C∣A)\displaystyle P(C\mid A)와 P(D∣A)\displaystyle P(D\mid A), P(C∣Ac)\displaystyle P(C\mid A^c)와 P(D∣Ac)\displaystyle P(D\mid A^c)는 다음과 같이 구할 수 있다.P(C∣A)=6C210C2=1545=13\displaystyle P(C\mid A)=\frac{{}_{6}\mathrm C_2}{{}_{10}\mathrm C_2}=\frac{15}{45}=\frac13, (나머지 색깔 중에서만 2개를 꺼낼 확률)P(D∣A)=6C1×4C110C2=2445=815\displaystyle P(D\mid A)=\frac{{}_{6}\mathrm C_1\times{}_{4}\mathrm C_1}{{}_{10}\mathrm C_2}=\frac{24}{45}=\frac8{15}, (빨간색 공 1개, 나머지 색깔 중 1개를 꺼낼 확률)P(C∣Ac)=6C110C1=610=35\displaystyle P(C\mid A^c)=\frac{{}_{6}\mathrm C_1}{{}_{10}\mathrm C_1}=\frac6{10}=\frac35, (나머지 색깔 중에서만 1개를 꺼낼 확률)P(D∣Ac)=4C110C1=410=25\displaystyle P(D\mid A^c)=\frac{{}_{4}\mathrm C_1}{{}_{10}\mathrm C_1}=\frac4{10}=\frac25, (빨간색 공 1개를 꺼낼 확률)

+8점 · 사건 C\displaystyle C, D\displaystyle D의 확률을 정확히 계산하면 - P(C)\displaystyle P(C), P(D)\displaystyle P(D)를 정확히 계산하면 각 +4점

(6) (4), (5)를 종합하면 P(C)\displaystyle P(C), P(D)\displaystyle P(D)는 다음과 같다.P(C)=(16×13)+(56×35)=1018=59,P(D)=(16×815)+(56×25)=1945\displaystyle \begin{aligned}P(C)&=\left(\frac16\times\frac13\right)+\left(\frac56\times\frac35\right)=\frac{10}{18}=\frac59,\\P(D)&=\left(\frac16\times\frac8{15}\right)+\left(\frac56\times\frac25\right)=\frac{19}{45}\end{aligned}

+2점 · 최종 확률을 정확히 계산하면

(7) 최종적으로, 구하는 확률은 다음과 같다.1−{P(C)}2−2×P(C)×P(D)=1−(59)2−(2×59×1945)=1−2581−3881=1881=29\displaystyle 1-\{P(C)\}^2-2\times P(C)\times P(D)=1-\left(\frac59\right)^2-\left(2\times\frac59\times\frac{19}{45}\right)=1-\frac{25}{81}-\frac{38}{81}=\frac{18}{81}=\frac29

※ 논리 전개 과정이 맞으면 답이 틀리더라도 부분 점수를 부여할 수 있습니다.

※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 ±1점을 부여할 수 있습니다.

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