홍익대 서울캠퍼스 2024학년도 수시 자연계열 2번 · 해설강의 있음 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2024su/jayeon_2
문제
문제 2 (20점)
홍익이는 아빠, 엄마와 함께 다음의 방식으로 주사위 놀이를 한다. 주사위는 정육면체이며, 주사위를 던졌을 때 각 면이 나올 확률은 모두 같다. 세 사람은 각자의 주사위를 가지고 있으며, 주사위의 각 면에는 서로 다른 자연수가 쓰여 있다. 주사위 놀이에서는 두 사람이 자신의 주사위를 동시에 한 번 던져 더 큰 수가 나온 사람이 승리한다. 홍익이, 아빠, 엄마의 주사위에 있는 총 18개의 면에는 모두 다른 자연수가 쓰여 있어 이 놀이에서 무승부는 나오지 않는다. 홍익이와 아빠의 주사위에 쓰인 숫자는 각각 다음과 같다.
홍익이의 주사위: 아빠의 주사위:
(1) 홍익이의 주사위를 한 번 던져 나오는 수를 확률변수 , 아빠의 주사위를 한 번 던져 나오는 수를 확률변수 라 하자. 와 의 기댓값 와 를 구하시오.
(2) 홍익이와 아빠가 주사위 놀이를 한다면 둘 중 누가 더 유리한지 설명하시오.
(3) 홍익이와 아빠는 매일 한 번씩 총 일간 주사위 놀이를 하였다. 홍익이가 승리한 날이 총 일 이상이 될 확률을 아래의 표준정규분포표를 사용하여 구하시오.
| 0.5 | 0.1915 |
| 1.0 | 0.3413 |
| 2.0 | 0.4772 |
| 3.0 | 0.4987 |
(4) 엄마의 주사위는 각 면의 자연수를 엄마가 임의로 선택하여 만들 수 있다. 단, 제시문의 설명과 같이, 홍익이, 아빠, 엄마의 주사위에 있는 총 18개의 면에는 모두 다른 자연수가 쓰여야 한다. 엄마는 이 주사위를 홍익이와 주사위 놀이를 할 때 사용하고, 같은 주사위를 아빠와 주사위 놀이를 할 때도 사용한다. 엄마가 홍익이와 주사위 놀이를 하여 엄마가 승리할 확률을 이라 하고, 엄마가 아빠와 주사위 놀이를 하여 엄마가 승리할 확률을 라 하자. 엄마가 가 최대가 되도록 주사위 각 면의 자연수를 선택한다고 할 때, 의 최댓값은 무엇인지 설명하시오.
홍익대 서울캠퍼스 2024학년도 수시 자연계열 2번 · 해설강의 있음 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2024su/jayeon_2
(1) ,
(2) 홍익이와 아빠 두 사람이 동시에 주사위를 던졌을 때 홍익이가 승리할 경우의 수를 나타내는 다음의 표에서 홍익이가 승리할 확률은 이며, 아빠가 승리할 확률은 이므로 아빠가 더 유리하다.
| 2 | 4 | 23 | 25 | 29 | 31 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 7 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 11 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 13 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 35 | × | × | × | × | × | × |
| 37 | × | × | × | × | × | × |
(3) 홍익이가 승리한 날의 수를 확률변수 라 하면, 는 이항분포 를 따르며, 평균 과 표준편차 는 각각 , 이다. 확률변수 는 근사적으로 정규분포 을 따르므로 구하는 확률은 이다.
(4) 를 홍익이의 주사위에 쓰인 자연수들의 집합이라 하고, 를 아빠의 주사위에 쓰인 자연수들의 집합이라 하자. 또는 에 속하지 않는 자연수 에 대해 을 보다 작은 의 원소의 개수라 하고, 을 보다 작은 의 원소의 개수라 하자. 만약 를 엄마의 주사위에 쓰인 번째 자연수라 하면, 는 엄마와 홍익이의 주사위 놀이로 나오는 36개의 결과 중 엄마가 승리하는 경우의 수이므로 이다. 같은 이유로 이며 이 성립한다. 다음의 표는 또는 에 속하지 않는 자연수 에 대해, 그 자연수가 속한 구간에 따른 , , 의 값을 나타낸다.
| 2 | 4 | 23 | 25 | 29 | 31 | |||||||||||||||||||
| 5 | 7 | 11 | 13 | 35 | 37 | |||||||||||||||||||
| 0 | × | 1 | × | × | 2 | × | 2 | × | 2 | × | 2 | × | 3 | × | 4 | × | 5 | × | 6 | × | 6 | × | 6 | |
| 0 | × | 0 | × | × | 1 | × | 2 | × | 3 | × | 4 | × | 4 | × | 4 | × | 4 | × | 4 | × | 5 | × | 6 | |
| 0 | × | 1 | × | × | 1 | × | 0 | × | −1 | × | −2 | × | −1 | × | 0 | × | 1 | × | 2 | × | 1 | × | 0 |
따라서 의 값이 최대가 되는 경우는 엄마가 의 값이 2인 31과 35 사이의 세 자연수 를 모두 선택하고, 의 값이 1인 중 임의로 나머지 세 자연수를 선택하는 경우이므로, 의 최댓값은 이다.
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