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의예과 1번

문제

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(문제 1-1)

두 팀이 7전 4선승제 경기에서 치르게 되는 시합 수를 확률변수 N\displaystyle N으로 정의

N\displaystyle N이 가능한 값은 4, 5, 6, 7

P(N=4)=P(4승으로 경기 마침)=(1/2)4×2=(1/2)3\displaystyle P(N=4)=P(4\text{승으로 경기 마침})=(1/2)^4\times2=(1/2)^3

P(N=5)=P(4승 1패로 경기 마침)=4C3(1/2)3(1/2)×(1/2)×2=4(1/2)5×2=(1/2)2\displaystyle P(N=5)=P(4\text{승 1패로 경기 마침})={}_{4}\mathrm{C}_{3}\cdot(1/2)^3\cdot(1/2)\times(1/2)\times2=4\cdot(1/2)^5\times2=(1/2)^2

P(N=6)=P(4승 2패로 경기 마침)=5C3(1/2)3(1/2)2×(1/2)×2=10(1/2)6×2=5×(1/2)4\displaystyle P(N=6)=P(4\text{승 2패로 경기 마침})={}_{5}\mathrm{C}_{3}\cdot(1/2)^3\cdot(1/2)^2\times(1/2)\times2=10\cdot(1/2)^6\times2=5\times(1/2)^4

P(N=7)=P(4승 3패로 경기 마침)=6C3(1/2)3(1/2)3×(1/2)×2=20(1/2)7×2=5×(1/2)4\displaystyle P(N=7)=P(4\text{승 3패로 경기 마침})={}_{6}\mathrm{C}_{3}\cdot(1/2)^3\cdot(1/2)^3\times(1/2)\times2=20\cdot(1/2)^7\times2=5\times(1/2)^4

N\displaystyle N의 확률분포표는 다음과 같다.

n\displaystyle n4567합계
P(N=n)\displaystyle P(N=n)2/164/165/165/161

시합 수의 평균=E(N)=4×2/16+5×4/16+6×5/16+7×5/16=93/16=5.8125\displaystyle =E(N)=4\times2/16+5\times4/16+6\times5/16+7\times5/16=93/16=5.8125

(문제 1-2)

(i) 마진이 1인 승패 상황의 최종 승리 확률

1승 :

(1/2)3+3C2(1/2)2(1/2)(1/2)+4C2(1/2)2(1/2)2(1/2)+5C2(1/2)2(1/2)3(1/2)=21/32=0.65625\displaystyle (1/2)^3+{}_{3}\mathrm{C}_{2}\cdot(1/2)^2\cdot(1/2)\cdot(1/2)+{}_{4}\mathrm{C}_{2}\cdot(1/2)^2\cdot(1/2)^2\cdot(1/2)+{}_{5}\mathrm{C}_{2}\cdot(1/2)^2\cdot(1/2)^3\cdot(1/2)=21/32=0.65625

2승 1패 : (1/2)2+2C1(1/2)(1/2)(1/2)+3C1(1/2)(1/2)2(1/2)=11/16=0.6875\displaystyle (1/2)^2+{}_{2}\mathrm{C}_{1}\cdot(1/2)\cdot(1/2)\cdot(1/2)+{}_{3}\mathrm{C}_{1}\cdot(1/2)\cdot(1/2)^2\cdot(1/2)=11/16=0.6875

3승 2패 : (1/2)+(1/2)(1/2)=3/4=0.75\displaystyle (1/2)+(1/2)\cdot(1/2)=3/4=0.75

(ii) 마진이 2인 상황의 승리 확률

2승 : (1/2)2+2C1(1/2)(1/2)(1/2)+3C1(1/2)(1/2)2(1/2)+4C1(1/2)(1/2)3(1/2)=13/16=0.8125\displaystyle (1/2)^2+{}_{2}\mathrm{C}_{1}\cdot(1/2)\cdot(1/2)\cdot(1/2)+{}_{3}\mathrm{C}_{1}\cdot(1/2)\cdot(1/2)^2\cdot(1/2)+{}_{4}\mathrm{C}_{1}\cdot(1/2)\cdot(1/2)^3\cdot(1/2)=13/16=0.8125

3승 1패 : (1/2)+(1/2)(1/2)+(1/2)2(1/2)=7/8=0.875\displaystyle (1/2)+(1/2)\cdot(1/2)+(1/2)^2\cdot(1/2)=7/8=0.875

(iii) 마진이 3인 경우의 승리 확률

3승 : (1/2)+(1/2)(1/2)+(1/2)2(1/2)+(1/2)3(1/2)=15/16=0.9375\displaystyle (1/2)+(1/2)\cdot(1/2)+(1/2)^2\cdot(1/2)+(1/2)^3\cdot(1/2)=15/16=0.9375

마진이 2 또는 3이면(또는 2 이상) 최종 승리 확률이 80% 이상

(문제 1-3)

100번의 7전 4선승제 경기에서 3승 2패의 팀이 최종 승리하는 횟수를 확률변수 X\displaystyle X로 정의

X\displaystyle X는 횟수 100, 확률 0.75의 이항분포 B(100,0.75)\displaystyle B(100,0.75)를 따른다.

횟수가 충분히 크므로 X\displaystyle X는 근사적으로 평균 100×0.75=75\displaystyle 100\times0.75=75, 분산 100×0.75×0.25=18.75\displaystyle 100\times0.75\times0.25=18.75의 정규분포 N(75,18.75)\displaystyle N(75,18.75)를 따른다.

P(X80)=P((X75)/18.75(8075)/18.75)P(Z2/3)=P(Z1.16)=0.50.3770=0.123\displaystyle P(X\ge80)=P((X-75)/\sqrt{18.75}\ge(80-75)/\sqrt{18.75})\fallingdotseq P(Z\ge2/\sqrt3)=P(Z\ge1.16)=0.5-0.3770=0.123

따라서 3승 2패의 팀이 80번 이상 최종 승리할 확률은 0.123

적절한 근거를 바탕으로 제시한 결과는 적절하게 평가

(문제 1-4)

(i) 승률 0.6의 팀이 단판승부에서 승리할 확률은 0.6

(ii) 승률 0.6의 팀이 5전 3선승제에서 승리할 확률

(3/5)3+3C2(3/5)2(2/5)(3/5)+4C2(3/5)2(2/5)2(3/5)=2133/3125=0.68256\displaystyle (3/5)^3+{}_{3}\mathrm{C}_{2}\cdot(3/5)^2\cdot(2/5)\cdot(3/5)+{}_{4}\mathrm{C}_{2}\cdot(3/5)^2\cdot(2/5)^2\cdot(3/5)=2133/3125=0.68256

최종 승리 확률이 더 큰 5전 3선승제 방식이 유리

[문제 1-1] (5점)(상) 문제해결 방향과 계산이 명확하고 옳게 답을 구한 경우(중) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 실수가 있는 경우(하) 잘못된 방향설정으로 답을 구하지 못한 경우

[문제 1-2] (10점)(상) 문제해결 방향과 계산이 명확하고 옳게 답을 구한 경우(중상) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 사소한 실수가 있는 경우 (중하) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 중요한 실수나 계산을 끝까지 마치지 못한 경우 (하) 잘못된 방향설정으로 답을 구하지 못한 경우

[문제 1-3] (10점)(상) 문제를 올바르게 해석하고 명확한 계산에 기초하여 근거와 결과를 옳게 제시한 경우(중상) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 사소한 실수가 있는 경우(중하) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 중요한 실수나 계산을 끝까지 마치지 못한 경우 (하) 잘못된 방향설정으로 답을 구하지 못한 경우

[문제 1-4] (5점)(상) 문제해결 방향과 계산이 명확하고 옳게 답을 구한 경우(중) 문제해결 방향을 맞게 설정했지만 계산에 실수가 있는 경우(하) 잘못된 방향설정으로 답을 구하지 못한 경우

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