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자연계열 3번

문제

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해설강의 준비중
+20점 · 주어진 문제를 해결할 수 있도록 체계적으로 경우를 나눈다.

(a) 시립이가 버튼을 한 번 눌러서 승리하는 경우는 다음과 같이 나누어 생각할 수 있다.

전광판 격자 세 개. (i)은 검은 칸이 모서리에 있어 이웃한 ×표 칸이 2개, (ii)는 검은 칸이 변에 있어 ×표가 3개, (iii)은 검은 칸이 안쪽에 있어 ×표가 4개인 경우를 보인다.
+20점 · 각각의 경우의 확률을 계산하고 확률의 덧셈정리를 적용하여 답을 구한다.

(i) 서울이가 소유한 영역(■)과 한 모서리를 공유하는 영역(⊠)이 2\displaystyle 2개인 경우그림과 같이 위 조건을 만족하는 영역은 4\displaystyle 4개이므로 시립이가 승리할 경우의 수는 4×2=8\displaystyle 4\times2=8이다.

(ii) 서울이가 소유한 영역(■)과 한 모서리를 공유하는 영역(⊠)이 3\displaystyle 3개인 경우그림과 같이 위 조건을 만족하는 영역은 4×(n2)\displaystyle 4\times(n-2)개이므로 시립이가 승리할 경우의 수는 4(n2)×3\displaystyle 4(n-2)\times3이다.

(iii) 서울이가 소유한 영역(■)과 한 모서리를 공유하는 영역(⊠)이 4\displaystyle 4개인 경우그림과 같이 위 조건을 만족하는 영역은 (n2)2\displaystyle (n-2)^{2}개이므로 시립이가 승리할 경우의 수는 (n2)2×4\displaystyle (n-2)^{2}\times4이다.

따라서 확률의 덧셈정리에 의해 구하는 확률은 8n2(n21)+12(n2)n2(n21)+4(n2)2n2(n21)=4n(n+1)\displaystyle \dfrac{8}{n^{2}(n^{2}-1)}+\dfrac{12(n-2)}{n^{2}(n^{2}-1)}+\dfrac{4(n-2)^{2}}{n^{2}(n^{2}-1)}=\dfrac{4}{n(n+1)}이다.

+20점 · 주어진 문제를 해결할 수 있도록 체계적으로 경우를 나눈다.

(b) 서울이가 버튼을 두 번 눌러서 승리하려면, 시립이가 버튼을 한 번 눌러서 승리하지 않아야 한다. (a)와 같은 방법으로 다음과 같이 경우를 나누어 생각할 수 있다.

+25점 · 각각의 경우에 게임의 규칙을 적용하여 경우의 수를 구한다.

(i) 시립이가 소유한 영역과 한 모서리를 공유하는 영역이 2\displaystyle 2개인 경우위 조건을 만족하는 영역은 4\displaystyle 4개다. 이때 서울이가 첫 번째로 소유한 영역은 시립이가 소유한 영역이 아니면서 시립이가 소유한 영역과 모서리를 공유하지 않는 n23\displaystyle n^{2}-3개의 영역 중 하나여야 한다. 또한 서울이가 두 번째로 소유하는 영역이 시립이가 소유한 영역과 한 모서리를 공유하는 2\displaystyle 2개의 영역 중 하나여야 한다. 따라서 서울이가 버튼을 두 번 눌러서 승리할 경우의 수는 4×(n23)×2=8(n23)\displaystyle 4\times(n^{2}-3)\times2=8(n^{2}-3)이다.

(ii) 시립이가 소유한 영역과 한 모서리를 공유하는 영역이 3\displaystyle 3개인 경우(i)과 같은 방법으로 계산하면 서울이가 버튼을 두 번 눌러서 승리할 경우의 수는 4(n2)×(n24)×3=12(n2)2(n+2)\displaystyle 4(n-2)\times(n^{2}-4)\times3=12(n-2)^{2}(n+2)이다.

(iii) 시립이가 소유한 영역과 한 모서리를 공유하는 영역이 4\displaystyle 4개인 경우(i)과 같은 방법으로 계산하면 서울이가 버튼을 두 번 눌러서 승리할 경우의 수는 (n2)2×(n25)×4=4(n2)2(n25)\displaystyle (n-2)^{2}\times(n^{2}-5)\times4=4(n-2)^{2}(n^{2}-5)이다.

+20점 · 확률의 덧셈정리를 적용하여 답을 구한다.

따라서 확률의 덧셈정리에 의해 구하는 확률은 다음과 같다.8(n23)n2(n21)(n22)+12(n2)2(n+2)n2(n21)(n22)+4(n2)2(n25)n2(n21)(n22)=4(n4n35n2+8n2)n2(n21)(n22)\displaystyle \frac{8(n^{2}-3)}{n^{2}(n^{2}-1)(n^{2}-2)}+\frac{12(n-2)^{2}(n+2)}{n^{2}(n^{2}-1)(n^{2}-2)}+\frac{4(n-2)^{2}(n^{2}-5)}{n^{2}(n^{2}-1)(n^{2}-2)}=\frac{4(n^{4}-n^{3}-5n^{2}+8n-2)}{n^{2}(n^{2}-1)(n^{2}-2)}

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