수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

다음 제시문을 읽고 아래 논제에 답하시오. (25점)

사건 A\displaystyle A가 일어났을 때의 사건 B\displaystyle B의 조건부확률은P(B∣A)=P(A∩B)P(A)\displaystyle P(B\mid A)=\frac{P(A\cap B)}{P(A)} (단, P(A)>0\displaystyle P(A)>0)

한 개의 주사위를 세 번 던져서 나온 눈을 순서대로 a\displaystyle a, b\displaystyle b, c\displaystyle c라 하자. 이 값에 의해 정의된 함수f(x)={ax+b2(x≤1)cx2+3(x>1)\displaystyle f(x)=\begin{cases}ax+b^2&(x\le1)\\cx^2+3&(x>1)\end{cases}에 대하여, 다음 문항에 답하시오.

(1) 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=1\displaystyle x=1에서 연속일 확률을 구하시오.

(2) 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=1\displaystyle x=1에서 연속이었을 때, 이 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=1\displaystyle x=1에서 미분가능할 확률을 구하시오.

해설강의 준비중

(1) 한 개의 주사위를 세 번 던졌을 때 순서대로 나온 눈을 순서쌍 (a,b,c)\displaystyle (a,b,c)로 나타낼 때, 표본공간 S\displaystyle S는 {(1,1,1),…,(6,6,6)}\displaystyle \{(1,1,1),\ldots,(6,6,6)\}이 된다. 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=1\displaystyle x=1에서 연속이기 위해서는 lim⁡x→1−f(x)=f(1)=lim⁡x→1+f(x)\displaystyle \lim_{x\to1^-}f(x)=f(1)=\lim_{x\to1^+}f(x)를 만족해야 하므로 a+b2=c+3\displaystyle a+b^2=c+3가 성립해야 한다.여기서 a+b2=c+3\displaystyle a+b^2=c+3가 성립하는 경우는 b=1,2\displaystyle b=1,2뿐이므로• b=1\displaystyle b=1: a−c=2\displaystyle a-c=2이므로 (a,c)=(3,1),(4,2),(5,3),(6,4)\displaystyle (a,c)=(3,1),(4,2),(5,3),(6,4)• b=2\displaystyle b=2: a−c=−1\displaystyle a-c=-1이므로 (a,c)=(1,2),(2,3),(3,4),(4,5),(5,6)\displaystyle (a,c)=(1,2),(2,3),(3,4),(4,5),(5,6)와 같이 모두 9가지이다. 따라서 구하는 확률은 96⋅6⋅6=124\displaystyle \frac9{6\cdot6\cdot6}=\frac1{24}이다.

(2) 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=1\displaystyle x=1에서 연속인 사건을 A\displaystyle A, 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=1\displaystyle x=1에서 미분가능한 사건을 B\displaystyle B라 하자. 함수 f(x)\displaystyle f(x)가 x=1\displaystyle x=1에서 미분가능하기 위해서는lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h\displaystyle \lim_{h\to0^-}\frac{f(1+h)-f(1)}h=\lim_{h\to0^+}\frac{f(1+h)-f(1)}h을 만족해야 한다. 이때lim⁡h→0−f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0−{a(1+h)+b2}−(a+b2)h=a\displaystyle \lim_{h\to0^-}\frac{f(1+h)-f(1)}h=\lim_{h\to0^-}\frac{\{a(1+h)+b^2\}-(a+b^2)}h=a이다. 또한, f\displaystyle f가 x=1\displaystyle x=1에서 미분가능하면 x=1\displaystyle x=1에서 연속이므로, f(1)=a+b2=c+3\displaystyle f(1)=a+b^2=c+3을 이용하면lim⁡h→0+f(1+h)−f(1)h=lim⁡h→0+{c(1+h)2+3}−(c+3)h=2c\displaystyle \lim_{h\to0^+}\frac{f(1+h)-f(1)}h=\lim_{h\to0^+}\frac{\{c(1+h)^2+3\}-(c+3)}h=2c를 얻는다. 따라서 a=2c\displaystyle a=2c이다. 앞에서 구한 표를 이용하면 x=1\displaystyle x=1에서 연속이고 미분가능인 경우는 (a,b,c)=(4,1,2)\displaystyle (a,b,c)=(4,1,2)뿐이다. 따라서 P(A∩B)=16⋅6⋅6\displaystyle P(A\cap B)=\frac1{6\cdot6\cdot6}이므로 구하는 확률은 P(B∣A)=P(A∩B)P(A)=19\displaystyle P(B\mid A)=\frac{P(A\cap B)}{P(A)}=\frac19이다.

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