확률과 통계확률분포수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

확률밀도함수 확률

문제

이차함수 f(x)=ax2f ( x ) = ax ^{2}에 대하여 구간 [0,2][ 0 , 2 ]에서 정의된 연속확률변수 XX의 확률밀도함수 g(x)g ( x )

g(x)=g ( x ) ={\displaystyle \begin{cases} \begin{matrix} \\ \\ \\ \end{matrix} \end{cases}f(x)f ( x )(0x<10 \leq x < 1)
f(x1)+f(1)f ( x - 1 ) + f ( 1 )(1x21 \leq x \leq 2)

일 때, P(aXa+1)=qp\displaystyle {\mathrm{P}} ( a \leq X \leq a + 1 ) = \frac{q}{p}이다. p+qp + q의 값을 구하시오. (단, ppqq는 서로소인 자연수이다.) [4점]

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해설

함수 g(x)g ( x )가 구간 [0,2][ 0 , 2 ]에서 정의된 연속확률변수 XX의 확률밀도함수이므로 P(0X2){\mathrm{P}} ( 0 \leq X \leq 2 )==02g(x)dx\displaystyle \int _{0} ^{2} g ( x ) dx=1= 1이다. 02g(x)dx\displaystyle \int _{0} ^{2} g ( x ) dx=01g(x)dx\displaystyle = \int _{0} ^{1} g ( x ) dx++12g(x)dx\displaystyle \int _{1} ^{2} g ( x ) dx =01f(x)dx+12{f(x1)+f(1)}dx\displaystyle = \int _{0} ^{1} f ( x ) dx + \int _{1} ^{2} \left\{ f ( x - 1 ) + f ( 1 ) \right\} dx =01f(x)dx+01{f(x)+f(1)}dx\displaystyle = \int _{0} ^{1} f ( x ) dx + \int _{0} ^{1} \left\{ f ( x ) + f ( 1 ) \right\} dx =201f(x)dx+f(1)\displaystyle = 2 \int _{0} ^{1} f ( x ) dx + f ( 1 )=201ax2dx+a\displaystyle = 2 \int _{0} ^{1} ax ^{2} dx + a =2[ax33]01+a\displaystyle = 2 \left[ \frac{ax ^{3}}{3} \right] _{0} ^{1} + a =53a\displaystyle = \frac{5}{3} a 따라서 53a=1\displaystyle \frac{5}{3} a = 1에서 a=35\displaystyle a = \frac{3}{5}이다. ∴ f(x)=35x2\displaystyle f ( x ) = \frac{3}{5} x ^{2}P(35X85)\displaystyle {\mathrm{P}} \left( \frac{3}{5} \leq X \leq \frac{8}{5} \right)=3585g(x)dx\displaystyle = \int _{\frac{3}{5}} ^{\frac{8}{5}} g ( x ) dx =351g(x)dx+185g(x)dx\displaystyle = \int _{\frac{3}{5}} ^{1} g ( x ) dx + \int _{1} ^{\frac{8}{5}} g ( x ) dx =351f(x)dx+185{f(x1)+f(1)}dx\displaystyle = \int _{\frac{3}{5}} ^{1} f ( x ) dx + \int _{1} ^{\frac{8}{5}} \left\{ f ( x - 1 ) + f ( 1 ) \right\} dx =351f(x)dx+035{f(x)+f(1)}dx\displaystyle = \int _{\frac{3}{5}} ^{1} f ( x ) dx + \int _{0} ^{\frac{3}{5}} \left\{ f ( x ) + f ( 1 ) \right\} dx =01f(x)dx+35f(1)\displaystyle = \int _{0} ^{1} f ( x ) dx + \frac{3}{5} f ( 1 ) =0135x2dx+(35)2\displaystyle = \int _{0} ^{1} \frac{3}{5} x ^{2} dx + \left( \frac{3}{5} \right) ^{2} =[x35]01+925\displaystyle = \left[ \frac{x ^{3}}{5} \right] _{0} ^{1} + \frac{9}{25}=1425\displaystyle = \frac{14}{25}p=25p = 25, q=14q = 14p+q=39p + q = 39

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