수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문제 1] A학생은 “가”지역에 있는 아파트의 방의 개수에 관심이 있으며, “가”지역의 아파트는 1~3개의 방을 가지고 있다. 방이 1개일 경우의 확률은 a2  (0<a<1)\displaystyle \frac a2\;(0<a<1), 2개일 경우의 확률은 1−a\displaystyle 1-a, 그리고 3개일 경우의 확률은 a2\displaystyle \frac a2이다. 표준정규분포표가 필요한 경우 아래 표를 사용하여, 다음 물음에 각각 답하시오.

z\displaystyle zP(0≤Z≤z)\displaystyle \mathrm{P}(0\le Z\le z)
0.500.1915
1.000.3413
1.500.4332
1.960.4750
2.000.4772
2.500.4938

(1-1) “가”지역에서 독립으로 임의추출한 2개 아파트 표본 X1,X2\displaystyle X_1,X_2에 대하여 X‾=12(X1+X2)\displaystyle \overline X=\frac12(X_1+X_2)라고 하자. 확률 P(2<X‾<4)\displaystyle \mathrm{P}(2<\overline X<4)를 구하시오. (70점)

(1-2) “가”지역에서 독립으로 임의추출한 100개 아파트 표본 X1,X2,…,X100\displaystyle X_1,X_2,\ldots,X_{100}에 대하여 T=1100X1+2100X2+⋯+99100X99+X100\displaystyle T=\frac1{100}X_1+\frac2{100}X_2+\cdots+\frac{99}{100}X_{99}+X_{100}라고 하자. 기댓값 E(T)\displaystyle \mathrm{E}(T)를 구하시오. (80점)

(1-3) “가”지역에서 독립으로 임의추출한 100개 아파트 표본을 조사한 결과 방의 개수가 1개 또는 3개인 경우가 20건, 그리고 2개인 경우가 80건이었다. a\displaystyle a에 대하여 신뢰도 95%\displaystyle 95\%인 신뢰구간을 구하시오. (80점)

해설강의 준비중
+20점 · P(4<X1+X2<8)\displaystyle \mathrm{P}(4<X_1+X_2<8)

(1-1) P(2<X‾<4)=P(4<X1+X2<8)\displaystyle \mathrm{P}(2<\overline X<4)=\mathrm{P}(4<X_1+X_2<8)

+20점 · P(X1=2,X2=3)+P(X1=3,X2=2)+P(X1=3,X2=3)\displaystyle \mathrm{P}(X_1=2,X_2=3)+P(X_1=3,X_2=2)+\mathrm{P}(X_1=3,X_2=3)

=P(X1=2,X2=3)+P(X1=3,X2=2)+P(X1=3,X2=3)\displaystyle =\mathrm{P}(X_1=2,X_2=3)+\mathrm{P}(X_1=3,X_2=2)+\mathrm{P}(X_1=3,X_2=3)

+30점 · 답: 14a(4−3a)\displaystyle \frac14a(4-3a)

=(1−a)×a2+a2×(1−a)+a2×a2=14a(4−3a)\displaystyle =(1-a)\times\frac a2+\frac a2\times(1-a)+\frac a2\times\frac a2=\frac14a(4-3a)

+30점

(1-2) 방의 개수에 대한 기댓값은 1×a2+2×(1−a)+3×a2=2\displaystyle 1\times\frac a2+2\times(1-a)+3\times\frac a2=2이다.따라서 E(Xk)=2,k=1,2,…,100\displaystyle \mathrm{E}(X_k)=2,k=1,2,\ldots,100이다.

+30점 · E(T)=1100∑k=1100kE(Xk)\displaystyle \mathrm{E}(T)=\frac1{100}\sum_{k=1}^{100}k\mathrm{E}(X_k)
+20점 · 답: 101

그러므로 E(T)=1100∑k=1100kE(Xk)=2100∑k=1100k=2100×100×1012=101\displaystyle \mathrm{E}(T)=\frac1{100}\sum_{k=1}^{100}k\mathrm{E}(X_k)=\frac2{100}\sum_{k=1}^{100}k=\frac2{100}\times\frac{100\times101}2=101이다.

+20점 · 방의 개수가 1개 또는 3개인 아파트의 수를 Y\displaystyle Y라 하면, Y∼B(100,p)\displaystyle Y\sim\mathrm{B}(100,p)

Correction. 채점기준의 Y∼B(100,p)\displaystyle Y\sim\mathrm{B}(100,p)에서 p\displaystyle p는 a\displaystyle a의 오기이다. 같은 계산에서 평균을 100a\displaystyle 100a로 두고 있다. 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

(1-3) 방의 개수가 1개 또는 3개인 아파트의 수를 Y\displaystyle Y라 하면, Y\displaystyle Y는 이항분포 B(100,a)\displaystyle \mathrm{B}(100,a)를 따른다.

+20점 · Y−100a100a(1−a)\displaystyle \frac{Y-100a}{\sqrt{100a(1-a)}} 또는 a^−aa(1−a)100∼N(0,1)\displaystyle \frac{\hat a-a}{\sqrt{\frac{a(1-a)}{100}}}\sim\mathrm{N}(0,1)

따라서 a^=Y100\displaystyle \hat a=\frac Y{100}이고, Y−100×a100×a(1−a)=Y100−aa(1−a)100\displaystyle \frac{Y-100\times a}{\sqrt{100\times a(1-a)}}=\frac{\frac Y{100}-a}{\sqrt{\frac{a(1-a)}{100}}}는 근사적으로 표준정규분포 N(0,1)\displaystyle \mathrm{N}(0,1)를 따른다.

+20점

그러므로 a\displaystyle a에 대한 95%의 신뢰구간은 다음과 같다.(15−1.96×1/5×4/5100,15+1.96×1/5×4/5100)\displaystyle \left(\frac15-1.96\times\sqrt{\frac{1/5\times4/5}{100}},\frac15+1.96\times\sqrt{\frac{1/5\times4/5}{100}}\right)

+20점 · 답: (76625,174625)\displaystyle \left(\frac{76}{625},\frac{174}{625}\right) 또는 (0.1216,0.2784)\displaystyle (0.1216,0.2784)

=(125−49625,125+49625)=(76625,174625)=(0.1216,0.2784)\displaystyle =\left(\frac{125-49}{625},\frac{125+49}{625}\right)=\left(\frac{76}{625},\frac{174}{625}\right)=(0.1216,0.2784)

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