수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

문제

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[문제 31\displaystyle 3 - 1]

인공지능 A 가 오답을 생성하는 사건을 A\displaystyle A, 인공지능 B 가 오답을 생성하는 사건을 B\displaystyle B라 하면, P(A)=0.01,P(B)=0.005,P(AB)=0.0002\displaystyle {\mathrm{P}} ( A ) = 0.01 , {\mathrm{P}} ( B ) = 0.005 , {\mathrm{P}} ( A \cap B ) = 0.0002이다.

적어도 한 인공지능이 오답을 생성했을 확률

P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)=0.01+0.0050.0002=0.0148\displaystyle {\mathrm{P}} ( A \cup B ) = {\mathrm{P}} ( A ) + {\mathrm{P}} ( B ) - {\mathrm{P}} ( A \cap B ) = 0.01 + 0.005 - 0.0002 = 0.0148\cdots \cdots(1)

인공지능 A 만 오답을 생성했을 확률

P(ABc)=P(A)P(AB)=0.010.0002=0.0098\displaystyle {\mathrm{P}} \left( A \cap B^{c} \right) = {\mathrm{P}} ( A ) - {\mathrm{P}} ( A \cap B ) = 0.01 - 0.0002 = 0.0098\cdots \cdots(2)

적어도 한 인공지능이 오답을 생성했을 때 인공지능 A만 오답을 생성했을 확률

P(ABcAB)=P(ABc)P(AB)P(AB)=P(ABc)P(AB)=P(A)P(AB)P(AB)\displaystyle {\mathrm{P}} \left( A \cap B^{c} | A \cup B \right) = \frac{{\mathrm{P}} \left( A \cap B^{c} \right) \cap {\mathrm{P}} ( A \cup B )}{{\mathrm{P}} ( A \cup B )} = \frac{{\mathrm{P}} \left( A \cap B^{c} \right)}{{\mathrm{P}} ( A \cup B )} = \frac{{\mathrm{P}} ( A ) - {\mathrm{P}} ( A \cap B )}{{\mathrm{P}} ( A \cup B )}

Correction. 분자의 교집합 기호는 확률값 사이가 아니라 두 사건 사이에 써야 한다. 올바른 분자는 P((ABc)(AB))\displaystyle \mathrm{P}((A\cap B^c)\cap(A\cup B))이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

P(A)P(AB)P(AB)=0.00980.0148=98148=4974\displaystyle \frac{{\mathrm{P}} ( A ) - {\mathrm{P}} ( A \cap B )}{{\mathrm{P}} ( A \cup B )} = \frac{0.0098}{0.0148} = \frac{98}{148} = \frac{49}{74}\cdots \cdots(3)

a=74,b=49,a+b=123\displaystyle a = 74 , b = 49 , a + b = 123

[문제 32\displaystyle 3 - 2]

정규분포 N(m,σ2)\displaystyle {\mathrm{N}} \left( m , \sigma^{2} \right)을 따르는 확률변수 X\displaystyle X에 대하여 Z=Xmσ\displaystyle Z = \frac{X - m}{\sigma}이라 하면 확률변수 Z\displaystyle Z는 표준정규분포 N(0,12)\displaystyle {\mathrm{N}} \left( 0 , 1^{2} \right)을 따르므로

P(Xm10)=P(Xmσ10σ)(σ>0)\displaystyle {\mathrm{P}} ( | X - m | \le 10 ) = {\mathrm{P}} \left( \frac{| X - m |}{\sigma} \le \frac{10}{\sigma} \right) ( \because \sigma > 0 )

P(Z10σ)=2P(0Z10σ)=0.9544P(0Z10σ)=0.4772\displaystyle {\mathrm{P}} \left( | Z | \le \frac{10}{\sigma} \right) = 2 {\mathrm{P}} \left( 0 \le Z \le \frac{10}{\sigma} \right) = 0.9544 \therefore {\mathrm{P}} \left( 0 \le Z \le \frac{10}{\sigma} \right) = 0.4772

주어진 표준정규분포표에서 P(0Z2)=0.4772\displaystyle {\mathrm{P}} ( 0 \le Z \le 2 ) = 0.4772이므로, 10σ=2σ=5\displaystyle \frac{10}{\sigma} = 2 \therefore \sigma = 5\cdots \cdots(1)

또한, P(X25)=P(Z25m5)=0.5+P(0Z25m5)=0.8413\displaystyle {\mathrm{P}} ( X \le 25 ) = {\mathrm{P}} \left( Z \le \frac{25 - m}{5} \right) = 0.5 + {\mathrm{P}} \left( 0 \le Z \le \frac{25 - m}{5} \right) = 0.8413에서 P (0Z25m5)=0.3413\displaystyle \left( 0 \le Z \le \frac{25 - m}{5} \right) = 0.3413

주어진 표준정규분포표에서 P(0Z1)=0.3413\displaystyle {\mathrm{P}} ( 0 \le Z \le 1 ) = 0.3413이므로, 25m5=1m=20\displaystyle \frac{25 - m}{5} = 1 \therefore m = 20\cdots \cdots(2)

확률변수 X\displaystyle X는 정규분포 N(20,52)\displaystyle {\mathrm{N}} \left( 20 , 5^{2} \right)을 따르므로 크기가 25\displaystyle 25인 표본의 표본 평균을 Xˉ\displaystyle \bar{X}라 하면, Xˉ\displaystyle \bar{X}는 정규분포 N(20,5225)\displaystyle {\mathrm{N}} \left( 20 , \frac{5^{2}}{25} \right), 즉 N(20,12)\displaystyle {\mathrm{N}} \left( 20 , 1^{2} \right)을 따른다. \displaystyle \cdots \cdots(3)

이때, Z=Xˉ201\displaystyle Z = \frac{\bar{X} - 20}{1}이라 하면 확률변수 Z\displaystyle Z는 표준정규분포 N(0,12)\displaystyle {\mathrm{N}} \left( 0 , 1^{2} \right)을 따르므로 임의추출한 25\displaystyle 25개의 표본 에서 "통증" 이라는 단어가 등장한 총 횟수가 525\displaystyle 525회 이상일 확률은,

p=P(25Xˉ525)=P(Xˉ21)=P(Z21201)\displaystyle p = {\mathrm{P}} ( 25 \bar{X} \ge 525 ) = {\mathrm{P}} ( \bar{X} \ge 21 ) = {\mathrm{P}} \left( Z \ge \frac{21 - 20}{1} \right)

=P(Z1)=0.5P(0Z1)=0.50.3413=0.1587\displaystyle = {\mathrm{P}} ( Z \ge 1 ) = 0.5 - {\mathrm{P}} ( 0 \le Z \le 1 ) = 0.5 - 0.3413 = 0.1587\cdots \cdots(4)

하위 문항채점 기준배점
(1)적어도 한 인공지능이 오답을 생성했을 때 인공지능 A만 오답을 생성했을 확률을 구 한 경우 (+40점) - 40점: 전 과정을 옳게 서술하였고 답을 구한 경우 - 35점: 전 과정을 옳게 서술했으나 최종 계산에서 오류가 있는 경우 - 30점: (1)과 (2)과정을 구체적으로 서술하지 않았으나 답을 구한 경우 인공지능 A만 오답을 생성했을 확률을 구한 경우 (+25점) - 25점: (2)를 옳게 서술하였고 답을 구한 경우 - 25점: (2)-1, (2)-2, (2)-3과 같이 풀이 과정을 서술하고 답을 구한 경우 - 25점: 벤다이어그램으로 설명하여 답을 구한 경우 - 20점: 여사건의 개념을 적용하지 않았거나 생략했으나 답을 구한 경우 적어도 한 인공지능이 오답을 생성했을 확률을 구한 경우 (+10점) - 10점: (1)을 옳게 서술하였고 답을 구한 경우 - 5점: (1)을 서술했으나 답을 구하지 못한 경우 문제의 의미를 알지 못함 (0점)40
(2)크기가 25인 표본에서 총 등장 횟수가 525회 이상일 확률을 구한 경우 (+30점) - 30점: 전 과정을 옳게 서술하였고 답을 구한 경우 - 25점: 전 과정을 옳게 서술했으나 최종 계산에서 오류가 있는 경우 - 20점: (4)까지 옳게 서술했으나 표준정규분포표를 이용하여 답을 구하지 못한 경우 - 20점: (1)과 (2)단계를 생략했으나 답을 구한 경우 크기가 25인 표본의 표본평균의 표준편차를 구한 경우 (+15점) - 15점: (1),(2),(3)을 옳게 서술하였고 답을 구한 경우 확률변수 X\displaystyle X가 따르는 정규분포의 평균과 표준편차를 구한 경우 (+10점) - 10점: (1)과 (2)를 옳게 서술하였고 답을 구한 경우 - 5점: (1)을 서술하고 표준편차는 구하였으나 평균을 구하지 못한 경우 - 5점: (2)를 서술하고 평균은 구하였으나 표준편차를 구하지 못한 경우 문제의 의미를 알지 못함 (0점)30

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