+5점 · 확률변수 X \displaystyle X X 를 k \displaystyle k k 에 대해 나타냈다. 1. 주어진 음이 아닌 정수 k \displaystyle k k 에 대하여 X = lim x → k x 2 − k 2 x 2 + 3 k x − 2 k = lim x → k ( x + k ) ( x − k ) x 2 + 3 k x − 2 k = lim x → k ( x + k ) ( x − k ) ( x 2 + 3 k x + 2 k ) x 2 + 3 k x − 4 k 2 = lim x → k ( x + k ) ( x 2 + 3 k x + 2 k ) x + 4 k = 8 k 2 5 k = 8 k 5 \displaystyle \begin{aligned}X&=\lim_{x\to k}\frac{x^2-k^2}{\sqrt{x^2+3kx}-2k}=\lim_{x\to k}\frac{(x+k)(x-k)}{\sqrt{x^2+3kx}-2k}=\lim_{x\to k}\frac{(x+k)(x-k)(\sqrt{x^2+3kx}+2k)}{x^2+3kx-4k^2}\\&=\lim_{x\to k}\frac{(x+k)(\sqrt{x^2+3kx}+2k)}{x+4k}=\frac{8k^2}{5k}=\frac{8k}5\end{aligned} X = x → k lim x 2 + 3 k x − 2 k x 2 − k 2 = x → k lim x 2 + 3 k x − 2 k ( x + k ) ( x − k ) = x → k lim x 2 + 3 k x − 4 k 2 ( x + k ) ( x − k ) ( x 2 + 3 k x + 2 k ) = x → k lim x + 4 k ( x + k ) ( x 2 + 3 k x + 2 k ) = 5 k 8 k 2 = 5 8 k
+10점 · 확률변수 X \displaystyle X X 의 확률분포를 계산하였다. 이 성립한다. 동전을 세 번 던졌을 때 앞면이 나온 횟수를 k \displaystyle k k 라 정의했으므로 확률변수 X \displaystyle X X 의 확률분포를 표로 나타내면 다음과 같다.
X \displaystyle X X 0 8 5 \displaystyle \frac85 5 8 16 5 \displaystyle \frac{16}5 5 16 24 5 \displaystyle \frac{24}5 5 24 합계 P ( X = x ) \displaystyle \mathrm P(X=x) P ( X = x ) 1 8 \displaystyle \frac18 8 1 3 8 \displaystyle \frac38 8 3 3 8 \displaystyle \frac38 8 3 1 8 \displaystyle \frac18 8 1 1
+10점 · 확률변수 X \displaystyle X X 의 표준편차를 계산하였다. 따라서 E ( X ) = 0 ⋅ 1 8 + 8 5 ⋅ 3 8 + 16 5 ⋅ 3 8 + 24 5 ⋅ 1 8 = 12 5 \displaystyle \mathrm E(X)=0\cdot\frac18+\frac85\cdot\frac38+\frac{16}5\cdot\frac38+\frac{24}5\cdot\frac18=\frac{12}5 E ( X ) = 0 ⋅ 8 1 + 5 8 ⋅ 8 3 + 5 16 ⋅ 8 3 + 5 24 ⋅ 8 1 = 5 12 V ( X ) = E ( X 2 ) − E ( X ) 2 = 0 2 ⋅ 1 8 + ( 8 5 ) 2 ⋅ 3 8 + ( 16 5 ) 2 ⋅ 3 8 + ( 24 5 ) 2 ⋅ 1 8 − ( 12 5 ) 2 = 48 25 \displaystyle \mathrm V(X)=\mathrm E(X^2)-\mathrm E(X)^2=0^2\cdot\frac18+\left(\frac85\right)^2\cdot\frac38+\left(\frac{16}5\right)^2\cdot\frac38+\left(\frac{24}5\right)^2\cdot\frac18-\left(\frac{12}5\right)^2=\frac{48}{25} V ( X ) = E ( X 2 ) − E ( X ) 2 = 0 2 ⋅ 8 1 + ( 5 8 ) 2 ⋅ 8 3 + ( 5 16 ) 2 ⋅ 8 3 + ( 5 24 ) 2 ⋅ 8 1 − ( 5 12 ) 2 = 25 48 σ ( X ) = 4 3 5 \displaystyle \sigma(X)=\frac{4\sqrt3}5 σ ( X ) = 5 4 3 따라서 답은 4 3 5 \displaystyle \frac{4\sqrt3}5 5 4 3 이다.
+5점 · k \displaystyle k k 의 값에 따른 f ( k ) \displaystyle f(k) f ( k ) 의 값을 계산하였다. 2. 주어진 k \displaystyle k k 에 대하여 f ′ ( x ) = 3 x 2 − 2 k x − k 2 = ( x − k ) ( 3 x + k ) \displaystyle f'(x)=3x^2-2kx-k^2=(x-k)(3x+k) f ′ ( x ) = 3 x 2 − 2 k x − k 2 = ( x − k ) ( 3 x + k ) 이므로 구간 [ 0 , 2 k ] \displaystyle [0,2k] [ 0 , 2 k ] 에서의 함수의 최솟값은 f ( k ) = k 3 − k 3 − k 3 + 9 k = − k 3 + 9 k = − k ( k + 3 ) ( k − 3 ) \displaystyle f(k)=k^3-k^3-k^3+9k=-k^3+9k=-k(k+3)(k-3) f ( k ) = k 3 − k 3 − k 3 + 9 k = − k 3 + 9 k = − k ( k + 3 ) ( k − 3 ) 이다. k \displaystyle k k 의 값에 따른 f ( k ) \displaystyle f(k) f ( k ) 의 값을 표로 나타내면 다음과 같다.
k \displaystyle k k 1 2 3 4 5 6 f ( k ) \displaystyle f(k) f ( k ) 8 10 0 -28 -80 -162
+10점 · 확률변수 X \displaystyle X X 가 이항분포 B ( 1800 , 1 3 ) \displaystyle \mathrm B\left(1800,\frac13\right) B ( 1800 , 3 1 ) 를 따름을 지적하였다. 따라서 함수의 최솟값이 양수일 확률은 1 3 \displaystyle \frac13 3 1 이고, 1800번의 시행에서 함수의 최솟값이 양수인 횟수를 X \displaystyle X X 라 하면 확률변수 X \displaystyle X X 는 이항분포 B ( 1800 , 1 3 ) \displaystyle \mathrm B\left(1800,\frac13\right) B ( 1800 , 3 1 ) 를 따른다.
+5점 · 확률변수 X \displaystyle X X 가 근사적으로 정규분포 N ( 600 , 20 2 ) \displaystyle \mathrm N(600,20^2) N ( 600 , 2 0 2 ) 을 따름을 지적하였다. n = 1800 \displaystyle n=1800 n = 1800 이 충분히 크므로 제시문 <나>에 의해 X \displaystyle X X 는 근사적으로 정규분포 N ( 600 , 20 2 ) \displaystyle \mathrm N(600,20^2) N ( 600 , 2 0 2 ) 을 따른다. 이를 이용하여 함수의 최솟값이 양수인 횟수가 590 이상 640 이하일 확률을 계산하면
+10점 · P ( 590 ≤ X ≤ 640 ) = 0.6687 \displaystyle \mathrm P(590\le X\le640)=0.6687 P ( 590 ≤ X ≤ 640 ) = 0.6687 임을 보였다. P ( 590 ≤ X ≤ 640 ) = P ( 590 − 600 20 ≤ Z ≤ 640 − 600 20 ) = P ( − 0.5 ≤ Z ≤ 2 ) = 0.1915 + 0.4772 = 0.6687 \displaystyle \mathrm P(590\le X\le640)=\mathrm P\left(\frac{590-600}{20}\le Z\le\frac{640-600}{20}\right)=\mathrm P(-0.5\le Z\le2)=0.1915+0.4772=0.6687 P ( 590 ≤ X ≤ 640 ) = P ( 20 590 − 600 ≤ Z ≤ 20 640 − 600 ) = P ( − 0.5 ≤ Z ≤ 2 ) = 0.1915 + 0.4772 = 0.6687
+10점 · 함수 g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 를 계산하였다. 3. 주어진 k \displaystyle k k 에 대하여 g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 를 구하자. c = ∫ 0 k g ( t ) d t \displaystyle c=\int_0^k g(t)\,dt c = ∫ 0 k g ( t ) d t 라 하면 g ( x ) = x 2 + 6 c 7 x + 1 \displaystyle g(x)=x^2+\frac{6c}7x+1 g ( x ) = x 2 + 7 6 c x + 1 따라서 c = ∫ 0 k g ( x ) d x = [ 1 3 x 3 + 3 c 7 x 2 + x ] 0 k = 1 3 k 3 + 3 c 7 k 2 + k \displaystyle c=\int_0^k g(x)\,dx=\Biggl[\frac13x^3+\frac{3c}7x^2+x\Biggr]_0^k=\frac13k^3+\frac{3c}7k^2+k c = ∫ 0 k g ( x ) d x = [ 3 1 x 3 + 7 3 c x 2 + x ] 0 k = 3 1 k 3 + 7 3 c k 2 + k 정리하면 c = 1 3 k 3 + k 1 − 3 7 k 2 = 7 k ( k 2 + 3 ) 3 ( 7 − 3 k 2 ) \displaystyle c=\frac{\frac13k^3+k}{1-\frac37k^2}=\frac{7k(k^2+3)}{3(7-3k^2)} c = 1 − 7 3 k 2 3 1 k 3 + k = 3 ( 7 − 3 k 2 ) 7 k ( k 2 + 3 ) 따라서 k \displaystyle k k 의 값에 따른 c \displaystyle c c 의 값, g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 의 판별식, g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 의 서로 다른 실근의 개수를 표로 나타내면 다음과 같다.
k \displaystyle k k 0 1 2 3 c \displaystyle c c 0 7 3 \displaystyle \frac73 3 7 − 98 15 \displaystyle -\frac{98}{15} − 15 98 − 21 5 \displaystyle -\frac{21}5 − 5 21 판별식 D \displaystyle D D < 0 \displaystyle <0 < 0 = 0 \displaystyle =0 = 0 > 0 \displaystyle >0 > 0 > 0 \displaystyle >0 > 0 g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 의 서로 다른 실근의 개수0 1 2 2
+10점 · X \displaystyle X X 를 g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 의 서로 다른 실근의 개수라 두고, 확률변수 X \displaystyle X X 의 확률분포를 계산하였다. X \displaystyle X X 를 g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 의 서로 다른 실근의 개수라 하면, 확률변수 X \displaystyle X X 의 확률분포는 다음과 같다.
X \displaystyle X X 0 1 2 합계 P ( X = x ) \displaystyle \mathrm P(X=x) P ( X = x ) 2 5 \displaystyle \frac25 5 2 3 10 \displaystyle \frac3{10} 10 3 3 10 \displaystyle \frac3{10} 10 3 1
따라서 E ( X ) = 0 ⋅ 2 5 + 1 ⋅ 3 10 + 2 ⋅ 3 10 = 9 10 \displaystyle \mathrm E(X)=0\cdot\frac25+1\cdot\frac3{10}+2\cdot\frac3{10}=\frac9{10} E ( X ) = 0 ⋅ 5 2 + 1 ⋅ 10 3 + 2 ⋅ 10 3 = 10 9 V ( X ) = E ( X 2 ) − E ( X ) 2 = 0 2 ⋅ 2 5 + 1 2 ⋅ 3 10 + 2 2 ⋅ 3 10 − ( 9 10 ) 2 = 69 100 \displaystyle \mathrm V(X)=\mathrm E(X^2)-\mathrm E(X)^2=0^2\cdot\frac25+1^2\cdot\frac3{10}+2^2\cdot\frac3{10}-\left(\frac9{10}\right)^2=\frac{69}{100} V ( X ) = E ( X 2 ) − E ( X ) 2 = 0 2 ⋅ 5 2 + 1 2 ⋅ 10 3 + 2 2 ⋅ 10 3 − ( 10 9 ) 2 = 100 69 σ ( X ) = 69 10 \displaystyle \sigma(X)=\frac{\sqrt{69}}{10} σ ( X ) = 10 69
+15점 · X ‾ \displaystyle \overline X X 가 근사적으로 정규분포 N ( 9 10 , ( 1 100 ) 2 ) \displaystyle \mathrm N\left(\frac9{10},\left(\frac1{100}\right)^2\right) N ( 10 9 , ( 100 1 ) 2 ) 을 따름을 지적하였다. 문제에서 정의된 확률변수 X ‾ \displaystyle \overline X X 는 모평균이 9 10 \displaystyle \frac9{10} 10 9 이고 모표준편차 69 10 \displaystyle \frac{\sqrt{69}}{10} 10 69 인 모집단에서 임의추출한 크기가 6900인 표본의 표본평균이다. n = 6900 \displaystyle n=6900 n = 6900 이 충분히 크므로 제시문 <다>에 의해 X ‾ \displaystyle \overline X X 는 근사적으로 정규분포 N ( 9 10 , ( 1 100 ) 2 ) \displaystyle \mathrm N\left(\frac9{10},\left(\frac1{100}\right)^2\right) N ( 10 9 , ( 100 1 ) 2 ) 를 따른다.
+10점 · P ( X ‾ ≥ 0.91 ) = 0.1587 \displaystyle \mathrm P(\overline X\ge0.91)=0.1587 P ( X ≥ 0.91 ) = 0.1587 임을 보였다. P ( X ‾ ≥ 0.91 ) = P ( X ‾ ≥ 91 100 ) = P ( Z ≥ 91 100 − 9 10 1 100 ) = P ( Z ≥ 1 ) = 0.5 − 0.3413 = 0.1587 \displaystyle \mathrm P(\overline X\ge0.91)=\mathrm P\left(\overline X\ge\frac{91}{100}\right)=\mathrm P\left(Z\ge\frac{\frac{91}{100}-\frac9{10}}{\frac1{100}}\right)=\mathrm P(Z\ge1)=0.5-0.3413=0.1587 P ( X ≥ 0.91 ) = P ( X ≥ 100 91 ) = P ( Z ≥ 100 1 100 91 − 10 9 ) = P ( Z ≥ 1 ) = 0.5 − 0.3413 = 0.1587