공통수학1순열과 조합수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

교집합 조건과 부분집합의 개수

문제

10보다 큰 자연수 nn에 대하여 집합 {1,2,3,,n}\left\{ 1 , 2 , 3 , \cdots , n \right\}의 두 부분집합 XXYY를 택할 때, n(XY)=1n ( X \cap Y ) = 1인 경우의 수는? (단, n(A)n ( A )는 집합 AA의 원소의 개수) k=1nnCk2nk\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} {}_{n} C \mathit{_{k}} 2 ^{n - k}k=1nnCk2nk1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} {}_{n} C \mathit{_{k}} 2 ^{n - k - 1}k=1nnnCk2nk\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} n \cdot _{n} C \mathit{_{k}} 2 ^{n - k}k=1nknCk2nk1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} k \cdot _{n} C \mathit{_{k}} 2 ^{n - k - 1}k=1nknCk2nk\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} k \cdot _{n} C \mathit{_{k}} 2 ^{n - k}

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해설

원소의 개수가 kk인 집합 XX를 만드는 경우의 수는 nCk{}_{n{\mathrm{C}}_{k}} 전체집합의 원소 nn개에서 집합 XX의 원소 kk개를 제외한 nkn - k개를 이용하여 집합 YY를 만드는 경우의 수는 2nk2 ^{n-k} 그런데, 조건에서 n(XY)=1n ( X \cap Y ) = 1이므로 집합 XX의 원소 중 하나를 집합 YY에 넣어주면 된다. 따라서 구하는 경우의 수는 k=1nnCk2nkk\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} {}_{n{\mathrm{C}}_{k}} \bullet 2 ^{n-k} \bullet k(가지)

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