수리논술, 이게 다다.

자연계열 3번

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문제

[문제 3] (총 100점)

흰 공과 빨간 공이 각각 1\displaystyle 1개씩 들어 있는 주머니가 있다. 세 명의 학생 A,B,C\displaystyle \mathrm{A} , \mathrm{B} , \mathrm{C}가 A,B,C\displaystyle \mathrm{A} , \mathrm{B} , \mathrm{C} 순서로 주머니에서 1\displaystyle 1개의 공을 임의로 꺼내고, 공을 꺼낼 때마다 바로 공 1\displaystyle 1개를 다시 채워 넣는다. 이때 A,B,C\displaystyle \mathrm{A} , \mathrm{B} , \mathrm{C}가 채워 넣는 공이 빨간색일 확률은 p\displaystyle p이고, 흰색일 확률은 1−p\displaystyle 1 - p이다.

(a) B\displaystyle \mathrm{B}가 공을 채워 넣은 후 주머니에 흰 공과 빨간 공이 각각 1\displaystyle 1개일 확률을 구하여라. (50점)

(b) C\displaystyle \mathrm{C}가 꺼낸 공이 빨간 공일 확률을 구하여라. (50점)

해설강의 준비중

(a) A가 공을 채워 넣은 후 주머니에 빨간 공이 2개일 확률은, 흰 공을 꺼내고 빨간 공을 넣어야 하므로 p2\displaystyle \frac{p}{2}이고, 흰 공과 빨간 공이 각각 1개일 확률은, 빨간 공을 꺼내고 빨간 공을 넣거나 흰 공을 꺼내고 흰 공을 넣어야 하므로 p2+1−p2=12\displaystyle \frac p2+\frac{1-p}2=\frac12이며, 흰 공이 2개일 확률은 빨간 공을 꺼내고 흰 공을 넣어야 하므로 1−p2\displaystyle \frac{1-p}2이다.

B가 공을 채워 넣은 후 주머니에 흰 공과 빨간 공이 각각 1개인 경우는, A가 공을 채워 넣은 후 주머니에 있는 흰 공의 개수 n\displaystyle n에 따라 다음의 3가지 경우가 있다.

(i) n=0\displaystyle n = 0인 경우: 흰 공을 넣어야 하므로 확률은 p2⋅(1−p)\displaystyle \frac{p}{2} \cdot ( 1 - p )이다.

(ii) n=1\displaystyle n = 1일 경우: 빨간 공을 꺼내고 빨간 공을 넣거나, 흰 공을 꺼내고 흰 공을 넣어야 하므로 확률은 12⋅{12⋅p+12⋅(1−p)}=14\displaystyle \frac{{1}}{2} \cdot \left\{ \frac{{1}}{2} \cdot p + \frac{{1}}{2} \cdot ( 1 - p ) \right\} = \frac{{1}}{4}이다.

(iii) n=2\displaystyle n = 2일 경우: 빨간 공을 넣어야 하므로 확률은 1−p2⋅p\displaystyle \frac{1-p}2\cdot p이다.

따라서 구하는 값은 14+p(1−p)\displaystyle \frac{1}{4} + p ( 1 - p )이다.

(b) 같은 방법으로 B가 공을 채워 넣은 후 주머니에 빨간 공이 2개일 확률은 p2⋅p+12⋅12⋅p=p4+p22\displaystyle \frac{p}{2} \cdot p + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cdot p = \frac{p}{4} + \frac{p^{2}}{2}이다.

따라서 구하는 값은 12⋅{14+p(1−p)}+p4+p22=18+3p4\displaystyle \frac12\cdot\left\{\frac14+p(1-p)\right\}+\frac p4+\frac{p^2}2=\frac18+\frac{3p}4이다.

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