[2.1] 홍길동이 주사위를 네 번 던져 네 번째에 처음으로 점 A에 도착하기 위해서는, 주사위를 세 번 던질 때까지 점 A에 도착한 적이 없어야 한다. 이러한 경우의 수는 주사위를 첫 번째 던져 점 A를 제외한 세 점에 도착하는 3가지, 두 번째와 세 번째 던져 점 A와 현재 있는 점을 제외한 두 점에 도착하는 2가지이다. 따라서 이러한 경우의 수는 3×2×2=12가지이다. 홍길동이 주사위를 네 번 던질 때 확률은 (341)이므로 구해지는 확률은 3×22×(341)=3322=274이다.
[2.2] 홍길동이 주사위를 n번(n≥2) 던져 n번째에 처음으로 점 A에 도착하게 되는 경우의 수는 주사위를 (n−1)번 던질 때까지 점 A에 도착한 적이 없는 경우의 수와 동일하다. 홍길동이 주사위를 두 번, 세 번, 네 번 던져 처음으로 점 A에 도착하게 되는 경우의 수는 각각 3가지, 3×2가지, 3×2×2가지이다. 이를 일반화하면 홍길동이 주사위를 n번 던져 n번째에 처음으로 점 A에 도착하게 되는 경우의 수는 3×2n−2가지이다. 따라서 홍길동이 주사위를 n번 던져 n번째에 처음으로 점 A에 도착하게 되는 확률은 3n3×2n−2=3n−12n−2이다.
[2.3] 홍길동이 주사위를 두 번, 세 번, 네 번, 다섯 번 던져 점 A에 도착하게 되어 이동이 종료될 확률은 문제 [2.2]의 해답에서 구한 바와 같이 각각 31, 92, 274, 818이다. 홍길동이 주사위를 던져 다섯 번 이내에 이동이 종료될 확률은 앞선 네 개의 확률을 모두 더한 값으로 31+92+274+818=8165이다.
[2.4] 홍길동이 주사위를 n번 던져 n번 이내에 이동이 종료될 확률은 문제 [2.2]의 해답에서 구한 모든 확률을 더한 것으로 다음 식과 같이 구한다.k=2∑n3k−12k−2=k=2∑n(31)(32)k−2=(31)32−1(32)n−1−1=(31)1−321−(32)n−1=1−(32)n−1
[2.5] 홍길동이 주사위를 네 번 던져 점 A,B,C,D에 도착하는 경우의 수와 확률은 다음과 같이 구한다.① 점 A에 도착하는 경우의 수는 3×(3+2+2)=21이며 확률은 3421이다.② 점 B에 도착하는 경우의 수는 2×(3+2+2)+(2+2+2)=20이며 확률은 3420이다.③ 점 C에 도착하는 경우의 수는 2×(3+2+2)+(2+2+2)=20이며 확률은 3420이다.④ 점 D에 도착하는 경우의 수는 2×(3+2+2)+(2+2+2)=20이며 확률은 3420이다.홍길동이 주사위를 네 번 던져 얻는 점수를 확률 변수 X라 하면 X의 값은 10,20,30,40이다.확률변수 X의 확률분포를 표로 나타내면 다음과 같다.
| X | 10 | 20 | 30 | 40 | 합계 |
|---|
| P(X=x) | 3421 | 3420 | 3420 | 3420 | 1 |
확률변수 X의 기댓값 E(X)는 다음과 같이 구한다.E(X)=10×P(X=10)+20×P(X=20)+30×P(X=30)+40×P(X=40)=10×3421+20×3420+30×3420+40×3420=27670