수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

오류 제보
해설강의 바로가기 ↓

문제

제시문 2

(가) 자연수의 거듭제곱의 합에 대하여 다음이 성립한다.∑k=1nk=n(n+1)2,∑k=1nk2=n(n+1)(2n+1)6,∑k=1nk3={n(n+1)2}2\displaystyle \sum_{k=1}^{n}k=\frac{n(n+1)}{2},\qquad \sum_{k=1}^{n}k^{2}=\frac{n(n+1)(2n+1)}{6},\qquad \sum_{k=1}^{n}k^{3}=\left\{\frac{n(n+1)}{2}\right\}^{2}

(나) 이산확률변수 X\displaystyle X의 확률질량함수가 P(X=xi)=pi (i=1, 2, ⋯ , n)\displaystyle \mathrm{P}(X=x_{i})=p_{i}\,(i=1,\ 2,\ \cdots,\ n)일 때, X\displaystyle X의 기댓값 E(X)\displaystyle \mathrm{E}(X)는E(X)=x1p1+x2p2+ ⋯ +xnpn\displaystyle \mathrm{E}(X)=x_{1}p_{1}+x_{2}p_{2}+\ \cdots\ +x_{n}p_{n}

[문제 2] (23점)

n\displaystyle n장의 카드가 들어 있는 상자가 있다. 각각의 카드에는 1부터 n\displaystyle n까지 자연수 중 한 개가 적혀 있고, 서로 다른 카드에 적혀 있는 자연수는 서로 다르다. 이 상자에서 임의로 카드 3장을 동시에 꺼낼 때, 꺼낸 카드에 적혀 있는 세 수 중 가장 큰 수에서 가장 작은 수를 뺀 값을 확률변수 X\displaystyle X라 하자. (단, n\displaystyle n은 3 이상의 자연수)

(1) n=10\displaystyle n=10일 때, P(X=9)\displaystyle \mathrm{P}(X=9)를 구하고 풀이과정을 쓰시오.

(2) E(X)=30\displaystyle \mathrm{E}(X)=30 일 때, n\displaystyle n을 구하고 풀이과정을 쓰시오.

(답) (1) 115\displaystyle \frac{1}{15} (2) 59\displaystyle 59

(풀이)(1) 10장의 카드가 들어있는 상자에서 세 장의 카드를 꺼내는 방법의 수는 10C3\displaystyle {}_{10}\mathrm{C}_{3}이다. 카드에 적힌 수 중 가장 큰 수와 가장 작은 수의 차가 9이면, 가장 큰 수는 10, 가장 작은 수는 1이다. 나머지 수는 2,3, ⋯ ,9\displaystyle 2,3,\ \cdots,9의 8가지 경우가 가능하다. 따라서P(X=9)=810C3=115\displaystyle \mathrm{P}(X=9)=\frac{8}{{}_{10}\mathrm{C}_{3}}=\frac{1}{15}

(2) P(X=k)\displaystyle \mathrm{P}(X=k)를 구하자. (단, 2≤k≤n−1\displaystyle 2\le k\le n-1)n\displaystyle n장의 카드가 들어있는 상자에서 세 장의 카드를 꺼내는 방법의 수는 nC3\displaystyle {}_{n}\mathrm{C}_{3}이다. 세 장의 카드에 적힌 수 중 가장 큰 수와 가장 작은 수의 차가 k\displaystyle k이므로, 세 장의 카드에 적힌 수를 크기순으로 a\displaystyle a, b\displaystyle b, c\displaystyle c라 하면 c=a+k\displaystyle c=a+k이다. a+k≤n\displaystyle a+k\le n이므로 a≤n−k\displaystyle a\le n-k이다. 따라서 a\displaystyle a가 될 수 있는 수는 1, 2, ⋯ ,n−k\displaystyle 1,\ 2,\ \cdots\ ,n-k로 n−k\displaystyle n-k가지이다. 각각의 a\displaystyle a에 대하여 a<b<a+k\displaystyle a<b<a+k이므로 b\displaystyle b는 a+1\displaystyle a+1부터 a+k−1\displaystyle a+k-1까지의 수 중 하나이다. 따라서 각각의 a\displaystyle a에 대하여 b\displaystyle b가 될 수 있는 수는 k−1\displaystyle k-1가지이다. 따라서 카드에 적힌 세 개의 수 중 가장 큰 수에서 가장 작은 수를 뺀 값이 k\displaystyle k인 것은 총 (n−k)×(k−1)\displaystyle (n-k)\times(k-1)가지가 있다.따라서 P(X=k)=(n−k)(k−1)nC3\displaystyle \mathrm{P}(X=k)=\frac{(n-k)(k-1)}{{}_{n}\mathrm{C}_{3}} 이다.

기댓값은E(X)=1nC3∑k=2n−1k(n−k)(k−1)=1nC3∑k=1nk(n−k)(k−1)=1nC3∑k=1n(−k3+(n+1)k2−nk)=6n(n−1)(n−2){−n2(n+1)24+n(n+1)2(2n+1)6−n2(n+1)2}=n+12\displaystyle \begin{aligned} \mathrm{E}(X) &=\frac{1}{{}_{n}\mathrm{C}_{3}}\sum_{k=2}^{n-1}k(n-k)(k-1)=\frac{1}{{}_{n}\mathrm{C}_{3}}\sum_{k=1}^{n}k(n-k)(k-1) \\ &=\frac{1}{{}_{n}\mathrm{C}_{3}}\sum_{k=1}^{n}\left(-k^{3}+(n+1)k^{2}-nk\right) \\ &=\frac{6}{n(n-1)(n-2)}\left\{-\frac{n^{2}(n+1)^{2}}{4}+\frac{n(n+1)^{2}(2n+1)}{6}-\frac{n^{2}(n+1)}{2}\right\} \\ &=\frac{n+1}{2} \end{aligned}

E(X)=30\displaystyle \mathrm{E}(X)=30이므로 n+12=30\displaystyle \frac{n+1}{2}=30이고, n=59\displaystyle n=59이다.

하위 문항채점 기준배점
문제 2A+: 답과 풀이가 맞음. A: 풀이가 맞았으나 사소한 계산 실수가 있음. 또는, E(X)=n+12\displaystyle \mathrm{E}(X)=\frac{n+1}{2}을 구함. B+: E(X)\displaystyle \mathrm{E}(X)를 n\displaystyle n에 관한 식으로 나타냈으나, 간단한 식으로 정리하지 못함. B: P(X=k)=(n−k)(k−1)nC3\displaystyle \mathrm{P}(X=k)=\frac{(n-k)(k-1)}{{}_{n}\mathrm{C}_{3}}를 구함. C: P(X=9)=115\displaystyle \mathrm{P}(X=9)=\frac{1}{15}을 구함. D: 풀이와 관계있는 의미 있는 시도를 함. F: 답안이 공란이거나 문제와 관련 없는 내용을 적음.23점

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.