수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중
+7점 · σ=23\displaystyle \sigma=\frac23을 제시

[논제 1] 표본평균 X\displaystyle \overline X는 정규분포 N(m,σ2n)\displaystyle \mathrm{N}\left(m,\frac{\sigma^2}n\right)을 따르므로, Z=Xmσn\displaystyle Z=\frac{\overline X-m}{\frac\sigma{\sqrt n}}로 표준화하면,P(Xm+1n)=P(Xmσn1σ)=P(Z1σ)=0.0668\displaystyle \mathrm{P}\left(\overline X\ge m+\frac1{\sqrt n}\right)=\mathrm{P}\left(\frac{\overline X-m}{\frac\sigma{\sqrt n}}\ge\frac1\sigma\right)=\mathrm{P}\left(Z\ge\frac1\sigma\right)=0.0668따라서 P(0Z1σ)=0.50.0668=0.4332\displaystyle \mathrm{P}\left(0\le Z\le\frac1\sigma\right)=0.5-0.0668=0.4332이며 표준정규분포표로부터 1σ=1.5\displaystyle \frac1\sigma=1.5, 즉, σ=23\displaystyle \sigma=\frac23이다.

+5점 · k=110h(15k5)h(k5)=h(2)h(0)\displaystyle \sum_{k=1}^{10}\left|h\left(\frac15-\frac k5\right)-h\left(-\frac k5\right)\right|=h(-2)-h(0)임을 제시

그러므로h(x)=P(n(Xm)x)=P(Xmσnxσ)=P(Z32x)\displaystyle h(x)=\mathrm{P}(\sqrt n(\overline X-m)\le-x)=\mathrm{P}\left(\frac{\overline X-m}{\frac\sigma{\sqrt n}}\le-\frac x\sigma\right)=\mathrm{P}\left(Z\le-\frac32x\right)이다. 따라서 h(x)\displaystyle h(x)는 감소함수이므로k=110h(15k5)h(k5)=(h(15)h(0))+(h(25)h(15))++(h(2)h(95))=h(2)h(0)\displaystyle \begin{aligned}&\sum_{k=1}^{10}\left|h\left(\frac15-\frac k5\right)-h\left(-\frac k5\right)\right|\\&=\left(h\left(-\frac15\right)-h(0)\right)+\left(h\left(-\frac25\right)-h\left(-\frac15\right)\right)+\cdots+\left(h(-2)-h\left(-\frac95\right)\right)\\&=h(-2)-h(0)\end{aligned}

+8점 · 정답을 제시

이다. 그런데 h(2)=P(Z3),h(0)=P(Z0)\displaystyle h(-2)=\mathrm{P}(Z\le3),h(0)=\mathrm{P}(Z\le0)이므로k=110h(15k5)h(k5)=h(2)h(0)=P(0Z3)=0.4987\displaystyle \sum_{k=1}^{10}\left|h\left(\frac15-\frac k5\right)-h\left(-\frac k5\right)\right|=h(-2)-h(0)=\mathrm{P}(0\le Z\le3)=0.4987이다.

+10점 · n=25\displaystyle n=25를 제시

[논제 2] X\displaystyle \overline X는 정규분포 N(m,σ2n)\displaystyle \mathrm{N}\left(m,\frac{\sigma^2}n\right), Y\displaystyle Y는 정규분포 N(m+2,4σ2)\displaystyle \mathrm{N}(m+2,4\sigma^2)을 각각 따르므로, 조건P(Xm+1)=P(Ym+12)\displaystyle \mathrm{P}(\overline X\le m+1)=\mathrm{P}(Y\le m+12)에서P(Xmσn1σn)=P(Ym22σ102σ)\displaystyle \mathrm{P}\left(\frac{\overline X-m}{\frac\sigma{\sqrt n}}\le\frac1{\frac\sigma{\sqrt n}}\right)=\mathrm{P}\left(\frac{Y-m-2}{2\sigma}\le\frac{10}{2\sigma}\right)이다. 따라서P(Znσ)=P(Z5σ)\displaystyle \mathrm{P}\left(Z\le\frac{\sqrt n}\sigma\right)=\mathrm{P}\left(Z\le\frac5\sigma\right)

+15점 · 정답을 제시

이므로 n=25\displaystyle n=25이다. 이로부터P(Xma)=P(Xmσ25aσ25)=P(Z5aσ)=0.0124\displaystyle \mathrm{P}(|\overline X-m|\ge a)=\mathrm{P}\left(\left|\frac{\overline X-m}{\frac\sigma{\sqrt{25}}}\right|\ge\frac a{\frac\sigma{\sqrt{25}}}\right)=\mathrm{P}\left(|Z|\ge\frac{5a}\sigma\right)=0.0124이므로 P(Z5aσ)=10.0124=0.9876\displaystyle \mathrm{P}\left(|Z|\le\frac{5a}\sigma\right)=1-0.0124=0.9876이다. P(0Z5aσ)=0.98762=0.4938\displaystyle \mathrm{P}\left(0\le Z\le\frac{5a}\sigma\right)=\frac{0.9876}2=0.4938에서 표준정규분포표로부터 5aσ=52\displaystyle \frac{5a}\sigma=\frac52이므로 a=13\displaystyle a=\frac13이다.

예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.

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