수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

상경계열 2번

문제

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해설강의 준비중
+5점 · 확률변수 X\displaystyle Xk\displaystyle k에 대해 나타냈다.

1. 주어진 음이 아닌 정수 k\displaystyle k에 대하여X=limxkx2k2x2+3kx2k=limxk(x+k)(xk)x2+3kx2k=limxk(x+k)(xk)(x2+3kx+2k)x2+3kx4k2=limxk(x+k)(x2+3kx+2k)x+4k=8k25k=8k5\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}

+10점 · 확률변수 X\displaystyle X의 확률분포를 계산하였다.

이 성립한다. 동전을 세 번 던졌을 때 앞면이 나온 횟수를 k\displaystyle k라 정의했으므로 확률변수 X\displaystyle X의 확률분포를 표로 나타내면 다음과 같다.

X\displaystyle X085\displaystyle \frac85165\displaystyle \frac{16}5245\displaystyle \frac{24}5합계
P(X=x)\displaystyle \mathrm P(X=x)18\displaystyle \frac1838\displaystyle \frac3838\displaystyle \frac3818\displaystyle \frac181

+10점 · 확률변수 X\displaystyle X의 표준편차를 계산하였다.

따라서E(X)=018+8538+16538+24518=125\displaystyle \mathrm E(X)=0\cdot\frac18+\frac85\cdot\frac38+\frac{16}5\cdot\frac38+\frac{24}5\cdot\frac18=\frac{12}5V(X)=E(X2)E(X)2=0218+(85)238+(165)238+(245)218(125)2=4825\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}σ(X)=435\displaystyle \sigma(X)=\frac{4\sqrt3}5따라서 답은 435\displaystyle \frac{4\sqrt3}5이다.

+5점 · k\displaystyle k의 값에 따른 f(k)\displaystyle f(k)의 값을 계산하였다.

2. 주어진 k\displaystyle k에 대하여 f(x)=3x22kxk2=(xk)(3x+k)\displaystyle f'(x)=3x^2-2kx-k^2=(x-k)(3x+k)이므로 구간 [0,2k]\displaystyle [0,2k]에서의 함수의 최솟값은 f(k)=k3k3k3+9k=k3+9k=k(k+3)(k3)\displaystyle f(k)=k^3-k^3-k^3+9k=-k^3+9k=-k(k+3)(k-3)이다. k\displaystyle k의 값에 따른 f(k)\displaystyle f(k)의 값을 표로 나타내면 다음과 같다.

k\displaystyle k123456
f(k)\displaystyle f(k)8100-28-80-162

+10점 · 확률변수 X\displaystyle X가 이항분포 B(1800,13)\displaystyle \mathrm B\left(1800,\frac13\right)를 따름을 지적하였다.

따라서 함수의 최솟값이 양수일 확률은 13\displaystyle \frac13이고, 1800번의 시행에서 함수의 최솟값이 양수인 횟수를 X\displaystyle X라 하면 확률변수 X\displaystyle X는 이항분포 B(1800,13)\displaystyle \mathrm B\left(1800,\frac13\right)를 따른다.

+5점 · 확률변수 X\displaystyle X가 근사적으로 정규분포 N(600,202)\displaystyle \mathrm N(600,20^2)을 따름을 지적하였다.

n=1800\displaystyle n=1800이 충분히 크므로 제시문 <나>에 의해 X\displaystyle X는 근사적으로 정규분포 N(600,202)\displaystyle \mathrm N(600,20^2)을 따른다. 이를 이용하여 함수의 최솟값이 양수인 횟수가 590 이상 640 이하일 확률을 계산하면

+10점 · P(590X640)=0.6687\displaystyle \mathrm P(590\le X\le640)=0.6687임을 보였다.

P(590X640)=P(59060020Z64060020)=P(0.5Z2)=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

+10점 · 함수 g(x)\displaystyle g(x)를 계산하였다.

3. 주어진 k\displaystyle k에 대하여 g(x)\displaystyle g(x)를 구하자. c=0kg(t)dt\displaystyle c=\int_0^k g(t)\,dt라 하면 g(x)=x2+6c7x+1\displaystyle g(x)=x^2+\frac{6c}7x+1따라서c=0kg(x)dx=[13x3+3c7x2+x]0k=13k3+3c7k2+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+k정리하면c=13k3+k137k2=7k(k2+3)3(73k2)\displaystyle c=\frac{\frac13k^3+k}{1-\frac37k^2}=\frac{7k(k^2+3)}{3(7-3k^2)}따라서 k\displaystyle k의 값에 따른 c\displaystyle c의 값, g(x)\displaystyle g(x)의 판별식, g(x)\displaystyle g(x)의 서로 다른 실근의 개수를 표로 나타내면 다음과 같다.

k\displaystyle k0123
c\displaystyle c073\displaystyle \frac739815\displaystyle -\frac{98}{15}215\displaystyle -\frac{21}5
판별식 D\displaystyle D<0\displaystyle <0=0\displaystyle =0>0\displaystyle >0>0\displaystyle >0
g(x)\displaystyle g(x)의 서로 다른
실근의 개수
0122

+10점 · X\displaystyle Xg(x)\displaystyle g(x)의 서로 다른 실근의 개수라 두고, 확률변수 X\displaystyle X의 확률분포를 계산하였다.

X\displaystyle Xg(x)\displaystyle g(x)의 서로 다른 실근의 개수라 하면, 확률변수 X\displaystyle X의 확률분포는 다음과 같다.

X\displaystyle X012합계
P(X=x)\displaystyle \mathrm P(X=x)25\displaystyle \frac25310\displaystyle \frac3{10}310\displaystyle \frac3{10}1

따라서E(X)=025+1310+2310=910\displaystyle \mathrm E(X)=0\cdot\frac25+1\cdot\frac3{10}+2\cdot\frac3{10}=\frac9{10}V(X)=E(X2)E(X)2=0225+12310+22310(910)2=69100\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}σ(X)=6910\displaystyle \sigma(X)=\frac{\sqrt{69}}{10}

+15점 · X\displaystyle \overline X가 근사적으로 정규분포 N(910,(1100)2)\displaystyle \mathrm N\left(\frac9{10},\left(\frac1{100}\right)^2\right)을 따름을 지적하였다.

문제에서 정의된 확률변수 X\displaystyle \overline X는 모평균이 910\displaystyle \frac9{10}이고 모표준편차 6910\displaystyle \frac{\sqrt{69}}{10}인 모집단에서 임의추출한 크기가 6900인 표본의 표본평균이다. n=6900\displaystyle n=6900이 충분히 크므로 제시문 <다>에 의해 X\displaystyle \overline X는 근사적으로 정규분포 N(910,(1100)2)\displaystyle \mathrm N\left(\frac9{10},\left(\frac1{100}\right)^2\right)를 따른다.

+10점 · P(X0.91)=0.1587\displaystyle \mathrm P(\overline X\ge0.91)=0.1587임을 보였다.

P(X0.91)=P(X91100)=P(Z911009101100)=P(Z1)=0.50.3413=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

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