중앙대 2027학년도 모의 일반형 1번 · mathesis.kr/archive/cau/2027mo/ilban_1
문제
[문제 1] (20점) 갑과 을, 두 사람이 아래와 같은 규칙으로 게임을 한다. 풀이와 함께 물음에 답하시오.
• 갑은 1부터 까지의 자연수가 각각 하나씩 적힌 장의 카드에서 임의로 한 장의 카드를 꺼낸다. 단, 이다.• 을은 1부터 11까지의 자연수가 각각 하나씩 적힌 11장의 카드에서 특정 수 가 적힌 카드는 제거하고, 나머지 10장의 카드 중에서 임의로 한 장의 카드를 꺼낸다.• 두 사람이 꺼낸 카드에 적힌 수를 비교하여 더 큰 수를 꺼낸 사람이 승자가 된다.• 만약 두 수가 동일하면 무승부가 되고, 꺼낸 카드는 다시 넣는다.• 게임은 승부가 날 때까지 같은 규칙으로 진행한다.
갑이 승자가 될 확률과 을이 승자가 될 확률이 서로 같아지도록 하는 순서쌍 를 모두 구하시오.
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편의를 위해 갑이 꺼낸 카드의 숫자를 라 하고, 을이 꺼낸 카드의 숫자를 라 하자.
각 확률변수의 확률분포는 다음과 같다.
무승부가 발생하면 동일한 확률 구조의 시행이 다시 시작되므로 최종 승리 확률은 반복 시행에 따른 등비급수로 아래와 같이 표현된다.한 번의 시행에서 무승부가 나올 확률을 , 갑이 승자가 될 확률을 , 을이 승자가 될 확률을 라 하자. 갑이 승자가 될 확률은이고, 을이 승자가 될 확률은이다. 따라서 두 확률이 같아지는 경우는 , 즉 이므로 한 번의 시행에서 갑이 이길 확률과 을이 이길 확률만 고려하면 된다.
한 번의 시행에서 을이 승자가 될 경우는 아래와 같다.
| 을이 꺼낸 카드 | 갑이 꺼낸 카드 | 경우의 수 |
|---|---|---|
| 1 | – | 0 |
| 2 | 1 | 1 |
| 3 | 1,2 | 2 |
| … | … | … |
| 11 | 1,2,…,10 | 10 |
따라서, 을이 꺼낸 카드가 일 때, 을이 승자가 되는 경우의 수는 이다. 단, 을이 가 적힌 카드를 꺼낼 수 없으므로 해당 경우는 제외한다.을이 꺼낼 수 있는 카드 집합을 라 할 때, 을이 승자가 될 경우를 모두 구하면 이다. 따라서 을이 승자가 될 확률은 전체 경우의 수 으로 나눈 이다.
한 번의 시행에서 무승부일 확률은 와 의 값이 중 한 값으로 같아야 한다. 을이 어떤 카드를 내든 갑은 그와 똑같은 숫자의 카드를 무조건 1장씩 가지고 있으므로, 무승부일 확률은이다.
한 번의 시행에서 갑이 승자가 될 경우는 이며, 전체 확률이 1임을 이용하여
따라서, 갑이 승자가 될 확률과 을이 승자가 될 확률을 같게 두면이며, 인 범위에서 이를 만족하는 순서쌍 는 , 이다.
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※ 채점자는 답안의 완성도에 따라 점 부여 가능함.
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