확률과 통계순열과 조합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

2의 거듭제곱 배치

문제

그림과 같은 66개의 빈칸에 22, 222 ^{2}, 232 ^{3}, 242 ^{4}, 252 ^{5}, 262 ^{6}66개의 수를 하나씩 써 넣으려고 한다. 11열, 22열, 33열의 숫자들의 합을 각각 a1a _{1}, a2a _{2}, a3a _{3}라 할 때, a1<a2<a3a _{1} < a _{2} < a _{3}이 되도록 빈 칸을 채우는 경우의 수는? [4점]

9090120120150150180180210210

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해설

262 ^{6}

2+22+23+24+25<262 + 2 ^{2} + 2 ^{3} + 2 ^{4} + 2 ^{5} < 2 ^{6}이므로 2,22,23,24,25,262 , 2 ^{2} , 2 ^{3} , 2 ^{4} , 2 ^{5} , 2 ^{6}에서 가장 큰 수인 262 ^{6}은 표와 같이 33열에 위치하여야 한다. 그러면⑤에 위치할 수 있는 수는 262 ^{6}을 제외한 나머지 수 중 어떤 수가 위치하여도 되므로 55개이다. 또한 같은 방법으로 ②의 위치에 넣을 수 있는 수는 나머지 44개 중 가장 큰 수가 위치하여야 하므로 ④의 위치에 올 수 있는 수는 나머지 33개이다. 마지막으로 나머지 두 개의 수를 11열에 위치하도록 하면 된다. 이와 같이 수를 배열한 후 11행과 22행의 수를 바꾸는 경우는 각 열마다 22가지씩 있으므로 구하는 경우의 수는 5×3×1×23=1205 \times 3 \times 1 \times 2 ^{3} = 120(가지)이다. [다른 풀이] 2,22,23,24,25,262 , 2 ^{2} , 2 ^{3} , 2 ^{4} , 2 ^{5} , 2 ^{6}중 어느 두 수의 합은 모두 다르다. 따라서, 구하는 경우의 수는 66개의 수를 22개, 22개, 22개의 세 조로 나눈 다음 각 조의 22개의 수의 자리를 바꾸는 경우의 수와 같다. 즉, 6C2×4C2×2C2×13!×23=120\displaystyle {}_{6} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{2}}} \times _{4} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{2}}} \times _{2} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{2}}} \times \frac{1}{3 !} \times 2 ^{3} = 120

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