경희대 2027학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/khu/2027mo/jayeon_2
문제
※ 다음 제시문을 읽고 논제에 답하시오.
[다] 이산확률변수의 기댓값(평균)이산확률변수 의 확률질량함수가 일 때, 확률변수 의 기댓값(평균) 는
[논제 Ⅱ] 어느 학교 과학 동아리는 식물의 성장 상태를 나타내는 성장 지수를 관찰하고 있다. 현재 성장 지수는 16이며, 성장 지수는 한 달이 지날 때마다 확률 로 이전 달의 2배가 되고 확률 로 이전 달의 배가 되며, 각 달의 변화는 서로 독립이다. 동아리는 3개월 뒤, 3개월 후 성장 지수가 관찰 기간 동안 매달 말에 기록한 세 성장 지수, 즉 1개월 후, 2개월 후, 3개월 후 성장 지수의 산술평균보다 크면 그 차이3개월 후 성장 지수 - 1개월 후, 2개월 후, 3개월 후 성장 지수의 산술평균를 성장 보너스로 받고, 3개월 후 성장 지수가 그 산술평균보다 작거나 같으면 성장 보너스를 0으로 받는다. 다음 물음에 답하시오.
(1) 동아리가 받을 성장 보너스의 기댓값을 구하고, 그 근거를 논술하시오. (16점)
(2) 이번에는 동아리가 두 식물을 관찰한다고 하자. 두 식물의 현재 성장 지수는 모두 16이며, 각 식물의 성장 지수는 위와 같은 규칙에 따라 변한다. 또한 두 식물에서 일어나는 성장 지수의 변화도 서로 독립이다. 동아리는 3개월 뒤 각 식물의 성장 보너스를 계산한 후, 둘 중 더 큰 값을 최종 성장 보너스로 받는다. 이때 최종 성장 보너스의 기댓값을 구하고, 그 근거를 논술하시오. (17점)
경희대 2027학년도 모의 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/khu/2027mo/jayeon_2
(1) 성장 지수가 2배가 되는 경우를 U, 성장지수가 배가 되는 경우를 D라고 하자.
| 경우 | 확률 | 1개월 후 | 2개월 후 | 3개월 후 | 평균 | 보너스 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| UUU | 1/8 | 32 | 64 | 128 | 224/3 | 160/3 |
| UUD | 1/8 | 32 | 64 | 32 | 128/3 | 0 |
| UDU | 1/8 | 32 | 16 | 32 | 80/3 | 16/3 |
| UDD | 1/8 | 32 | 16 | 8 | 56/3 | 0 |
| DUU | 1/8 | 8 | 16 | 32 | 56/3 | 40/3 |
| DUD | 1/8 | 8 | 16 | 8 | 32/3 | 0 |
| DDU | 1/8 | 8 | 4 | 8 | 20/3 | 4/3 |
| DDD | 1/8 | 8 | 4 | 2 | 14/3 | 0 |
따라서 성장 보너스의 기댓값은
(2) 문제 (1)에서 한 식물의 성장 보너스는 다음 값들을 가질 수 있다.
두 식물은 서로 독립적으로 자라므로, 두 식물의 성장 보너스도 서로 독립이다. 동아리는 두 식물의 성장 보너스 중 더 큰 값을 선택한다.먼저 한 식물의 성장 보너스가 어떤 값 이하일 확률을 구한다.두 식물의 보너스가 모두 어떤 값 이하일 확률은, 두 식물의 성장지수 변화가 독립이므로 각각의 확률을 곱하면 된다.1. 최종 보너스가 0일 확률- 두 식물의 보너스가 모두 0이어야 하므로 2. 최종 보너스가 4/3 일 확률- 두 보너스가 모두 4/3 이하이고, 둘 다 0 이하인 경우는 제외한다.3. 최종 보너스가 16/3일 확률 4. 최종 보너스가 40/3일 확률 5. 최종 보너스가 160/3일 확률
따라서 이다.
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