연세대 신촌캠퍼스 2023학년도 수시 자연계열 1번 · 해설강의 무료 공개 · mathesis.kr/archive/yonsei_sinchon/2023su/jayeon_1
문제
[제시문 1] 연세로에 개의 전등이 번부터 번까지 순서대로 놓여 있다. 모든 전등에는 버튼이 달려 있으며, 전등이 꺼져있을 때 버튼을 누르면 전등이 켜지고, 전등이 켜져있을 때 누르면 꺼진다. 수험번호가 인 학생은 연세로를 지나가며 전등 번호가 의 배수인 모든 전등의 버튼을 한 번씩 누른다고 하자. 다음 물음에 답하시오.
[문제 1-1] 수험번호가 부터 까지의 총 명의 학생이 연세로를 지나갔다. 이때 번째 전등의 버튼은 모두 몇 번 눌러졌을까? [3점]
[문제 1-2] 모든 전등이 처음에 꺼져있는 상태에서 수험번호가 부터 까지의 학생이 연세로를 지나갔다. 명의 학생이 모두 지나간 후 켜져있는 전등 중에서 임의의 전등을 하나를 골랐을 때, 그 전등의 버튼이 총 세 번 눌러졌을 확률을 구하시오. [5점]Correction. ‘임의의 전등을 하나를’에는 조사 ‘을’이 불필요하게 들어갔다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
[문제 1-3] 모든 전등이 처음에 꺼져있는 상태에서 수험번호가 부터 까지의 학생이 연세로를 지나갔다. 명의 학생이 모두 지나간 후 개의 전등 중에서 임의로 하나를 골랐을 때, 그 전등이 켜져있을 확률을 구하시오. [9점]
소수
연세대 신촌캠퍼스 2023학년도 수시 자연계열 1번 · 해설강의 무료 공개 · mathesis.kr/archive/yonsei_sinchon/2023su/jayeon_1
[문제1-1]번째 버튼은 수험번호가 의 약수인 학생들만 누른다.이므로, 의 약수의 개수는 이다.따라서 총 번 눌린다.
[문제1-2]전등이 켜져 있기 위해서는 버튼을 홀수 번 눌러야 한다.인 경우 약수는 개뿐이다.인 경우 으로 소인수분해 되면약수의 개수는 이므로약수의 개수가 홀수이려면 이 모두 짝수여야 하므로이 제곱수여야 한다.이므로 이하의 제곱수는 을 포함하여 모두 개 있다.
번째 전등의 버튼이 세 번 눌러지기 위해서는의 약수의 개수가 이어야 하는데이는 , 즉 소수의 제곱인 경우다. 이하의 소수는 으로 모두 개다.따라서, 켜져 있는 전등이 번 눌렸을 확률은 이다.
[문제 1-3] 먼저 번부터 번까지의 전등을 생각하자.앞서 [문제 1-2]에서 알 수 있듯이, 번부터 번까지의 학생이 모두 지나가면 제곱수인 번호의 전등 개만 켜진다.같은 버튼을 두 번 누르면 처음 상태로 돌아오고,버튼을 누르는 순서는 결과에 영향을 주지 않는다.따라서 이 상태에서 , , 의 배수인 전등을 차례로 한 번씩 더 누르면번부터 번까지의 학생만 지나간 상태가 된다.
(i) 의 배수를 누르면켜진 전등 개가 꺼지고, 나머지 전등이 켜지므로 켜진 전등은개이다.
(ii) 의 배수를 누르면의 배수인 전등은 개이고,이 중 꺼져 있는 전등은 짝수의 제곱인 의 개이다.따라서 켜진 전등 개가 꺼지고,꺼진 전등 개가 켜지므로 켜진 전등은개이다.
(iii) 의 배수를 누르면현재 켜진 전등의 번호는 짝수의 제곱이거나 제곱수가 아닌 홀수이다.의 배수 중 짝수의 제곱은 의 개이다.의 배수인 홀수는 개이고,이 중 제곱수는 의 개이므로제곱수가 아닌 홀수는 개이다.따라서 의 배수인 전등 개 중 켜진 전등 개가 꺼지고,나머지 개가 켜지므로 켜진 전등은개이다.
의 약수는 개이고,이 중 를 제외한 개의 번호를 가진 학생이 버튼을 누르므로번 전등은 꺼져 있다.의 약수는 개이고,이 중 을 제외한 개의 번호를 가진 학생이 버튼을 누르므로번 전등도 꺼져 있다.따라서 구하는 확률은이다.
QtA. 확률이 에 가까운 이유는? 제곱수가 아닌 번호의 전등은 , , 의 배수를 차례로 누르면 으로 나눈 나머지가 인 전등만 켜지므로 대체로 절반이 켜진다. 전등의 개수를 늘리면 제곱수인 전등과 경계에서 생기는 예외가 전체에서 차지하는 비율은 으로 수렴하므로, 켜진 전등을 고를 확률은 로 수렴한다.
다른 타당한 풀이도 해당 단계의 논증과 계산이 옳으면 같은 배점을 인정한다.
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