확률과 통계확률분포수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

두 정규분포 비교

문제

두 양수 mm, σ\sigma에 대하여 확률변수 XX는 정규분포 N(m,12)\mathrm{N} \mathit{\left( m , 1 ^{2} \right)}, 확률변수 YY는 정규분포 N(m2+2m+16,σ2)\mathrm{N} \mathit{\left( m ^{2} + 2 m + 16 , \sigma ^{2} \right)}을 따르고, 두 확률변수 XX, YYP(X0)=P(Y0)\mathrm{P} \mathit{\left( X \leq 0 \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Y \leq 0 \right)} 을 만족시킨다. σ\sigma의 값이 최소가 되도록 하는 mm의 값을 m1m _{1}이라 하자. m=m1m = m _{1}일 때, 두 확률변수 XX, YY에 대하여 P(X1)=P(Yk)\mathrm{P} \mathit{\left( X \geq 1 \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Y \leq k \right)} 를 만족시키는 상수 kk의 값을 구하시오. [4점]

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70

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해설

두 확률변수 XX, YY가 정규분포를 따르므로 ZZ가 표준정규분포를 따르는 확률변수일 때, P(X0)=P(Zm)\mathrm{P} \mathit{\left( X \leq 0 \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Z \leq - m \right)} P(Y0)=P(Z(m2+2m+16)σ)\displaystyle \mathrm{P} \mathit{\left( Y \leq 0 \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Z \leq \frac{- \left( m ^{2} + 2 m + 16 \right)}{\sigma} \right)} P(X0)=P(Y0)\mathrm{P} \mathit{\left( X \leq 0 \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Y \leq 0 \right)}에서 m=(m2+2m+16)σ\displaystyle - m = \frac{- \left( m ^{2} + 2 m + 16 \right)}{\sigma} σ=m2+2m+16m=m+2+16m\displaystyle \sigma = \frac{m ^{2} + 2 m + 16}{m} = m + 2 + \frac{16}{m} m>0m > 0, 16m>0\displaystyle \frac{16}{m} > 0이므로 절대부등식의 성질에 의하여 σ2+2m×16m=10\displaystyle \sigma \geq 2 + 2 \sqrt{m \times \frac{16}{m}} = 10 m=16m\displaystyle m = \frac{16}{m}일 때, σ\sigma의 값이 최소이므로 m1=4m _{1} = 4 m=4m = 4일 때, 두 확률변수 XX, YY는 각각 정규분포 N(4,12)\mathrm{N} \mathit{\left( 4 , 1 ^{2} \right)}, N(40,102)\mathrm{N} \mathit{\left( 40 , 10 ^{2} \right)}을 따르므로 P(X1)=P(Z141)\displaystyle \mathrm{P} \mathit{\left( X \geq 1 \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Z \geq \frac{1 - 4}{1} \right)}=P(Z3)= \mathrm{P} \mathit{\left( Z \geq - 3 \right)} P(Yk)=P(Zk4010)\displaystyle \mathrm{P} \mathit{\left( Y \leq k \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Z \leq \frac{k - 40}{10} \right)} P(X1)=P(Yk)\mathrm{P} \mathit{\left( X \geq 1 \right)} = \mathrm{P} \mathit{\left( Y \leq k \right)}에서 P(Z3)\mathrm{P} \mathit{\left( Z \geq - 3 \right)}=P(Zk4010)\displaystyle = \mathrm{P} \mathit{\left( Z \leq \frac{k - 40}{10} \right)}=P(Zk4010)\displaystyle = \mathrm{P} \mathit{\left( Z \geq - \frac{k - 40}{10} \right)} 3- 3=k4010\displaystyle = - \frac{k - 40}{10} 따라서 k=70k = 70

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