수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2번

문제

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해설강의 준비중
+20점 · X\displaystyle X의 가능한 값이 4,5,6,7\displaystyle 4,5,6,7임을 알면

(2-1) 확률변수 X\displaystyle X를 게임이 끝날 때까지 동전을 던진 횟수라고 하자. 그러면 X\displaystyle X의 가능한 값은 4,5,6,7\displaystyle 4,5,6,7이 된다.

+30점 · P(X=x)=2×12x×x1C3\displaystyle P(X=x)=2\times\frac1{2^x}\times{}_{x-1}C_3을 알면

게임이 x\displaystyle x번째에 끝나려면 동전을 던졌을 때 x\displaystyle x번째에 네 번째 앞면이나 네 번째 뒷면이 나와야 하므로 P(X=x)=2×12x×x1C3\displaystyle P(X=x)=2\times\frac1{2^x}\times{}_{x-1}C_3이다.

70점 · 답: E(X)=9316\displaystyle E(X)=\frac{93}{16}을 구하면

그러므로 확률분포표는 아래와 같고 X\displaystyle X의 기댓값은 E(X)=x=47xP(X=x)=9316\displaystyle E(X)=\sum_{x=4}^7xP(X=x)=\frac{93}{16}이다.

X\displaystyle X4\displaystyle 45\displaystyle 56\displaystyle 67\displaystyle 7
P(X=x)\displaystyle P(X=x)123\displaystyle \frac1{2^3}122\displaystyle \frac1{2^2}1032\displaystyle \frac{10}{32}2064\displaystyle \frac{20}{64}

60점 · A가 상금을 받을 수 있는 경우를 확실히 알면

(2-2) 승자가 나올 때까지 게임이 지속한다고 가정하면, 2번~4번 (4=2+31\displaystyle 4=2+3-1) 만에 승자가 결정된다. 이 중 A가 승자가 될 확률은 3번 연속으로 이기는 확률 123\displaystyle \frac1{2^3}과 4번 만에 승리할 확률 324\displaystyle \frac3{2^4}의 합이므로 A가 이길 확률은 524\displaystyle \frac5{2^4}이고,

80점 · A가 받을 상금은 3125원임을 보이면

받을 상금은 10000×524=3125\displaystyle 10000\times\frac5{2^4}=3125원이다.

35점 · A가 이길 확률 8+4n+n(n+1)2n+3\displaystyle \frac{8+4n+n(n+1)}{2^{n+3}}를 구하면

(2-3) 승자가 나올 때까지 게임이 지속한다고 가정하면, 최대 n+2\displaystyle n+2번 시행 후에 승자가 결정된다. 이 중 A가 승자가 될 확률은 n\displaystyle n번 연속으로 이기는 확률 12n\displaystyle \frac1{2^n}, (n+1)\displaystyle (n+1)번 만에 승리할 확률 nC12n+1\displaystyle \frac{{}_nC_1}{2^{n+1}}, (n+2)\displaystyle (n+2)번 만에 승리할 확률 n+1C22n+2\displaystyle \frac{{}_{n+1}C_2}{2^{n+2}}를 모두 더하여 얻는다. 따라서 A가 이길 확률은 8+4n+n(n+1)2n+3\displaystyle \frac{8+4n+n(n+1)}{2^{n+3}}이고,

60점 · A의 수익금의 기댓값 1250(3n2+29n28)\displaystyle 1250(-3n^2+29n-28)을 구하면

상금의 기댓값에서 비용을 제외한 수익은(8+4n+n(n+1)2n+3×2n×10000)5000(n3)2=1250(3n2+29n28)\displaystyle \left(\frac{8+4n+n(n+1)}{2^{n+3}}\times2^n\times10000\right)-5000(n-3)^2=1250(-3n^2+29n-28)이다.

80점 · A가 5\displaystyle -5점을 선택하여야 함을 보이면

이제, f(x)=3x2+29x28\displaystyle f(x)=-3x^2+29x-28이라 하면 f(x)=296x\displaystyle f\prime(x)=29-6x이므로 f(x)\displaystyle f(x)296\displaystyle \frac{29}6에서 최댓값을 가지고 x=296\displaystyle x=\frac{29}6에서 대칭인 이차함수이다. 따라서 정수 n3\displaystyle n\ge3일 때, f(n)\displaystyle f(n)의 최댓값은 n=5\displaystyle n=5일 때이며, A는 5000×4\displaystyle 5000\times4원을 지불하고 5\displaystyle -5점을 선택할 때 기대하는 수익금이 최대가 된다.

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