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

이항분포 누적확률 함수

문제

이산확률변수 XX에 대한 확률질량함수가 P(X=n)=100Cn(12)100\displaystyle {\mathrm{P}} ( X = n ) = _{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} (n=0,1,2,3,,100)\left( n = 0 , 1 , 2 , 3 , \cdots , 100 \right) 으로 주어질 때, 함수 f(x)f ( x )를 다음과 같이 정의하자. f(x)=P(X5x+50)f ( x ) = \mathrm{P} \mathit{(} X \leq 5 x + 50 )(10x10- 10 \leq x \leq 10) 이 때, <보기>에서 옳은 것을 모두 고른 것은? [4점]

<보 기>
ㄱ. 확률변수 XX의 분산은 2525이다. ㄴ. x1x2x _{1} \leq x _{2}이면 f(x1)f(x2)f ( x _{1} ) \leq f ( x _{2} )이다. ㄷ. f(x)+f(x)<1f ( - x ) + f ( x ) < 1을 만족하는 xx가 적어도 하나 존재한다.

ㄱ, ㄴㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

확률변수 XX는 이항분포 B(100,12)\displaystyle {\mathrm{B}} \left( 100 , \frac{1}{2} \right)을 따르고 f(x)=P(X5x+50)=P(X[5x+50])f ( x ) = \mathrm{P} \mathit{(} X \leq 5 x + 50 ) = \mathrm{P} \mathit{(} X \leq [ 5 x + 50 ] ) =n=0[5x+50]100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{[ 5 x + 50 ]} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} (단, [5x+50][ 5 x + 50 ]5x+505 x + 50을 넘지 않은 최대정수) ㄱ. V(X)=10012(112)=25\displaystyle V \left( X \right) = 100 \frac{1}{2} \left( 1 - \frac{1}{2} \right) = 25 (참) ㄴ. x1x2x _{1} \leq x _{2}이면 [5x1+50][5x2+50][ 5 x _{1} + 50 ] \leq [ 5 x _{2} + 50 ]이므로 f(x1)=n=0[5x1+50]100Cn(12)100\displaystyle f ( x _{1} ) = \sum\limits _{n = 0} ^{[ 5 x _{1} + 50 ]} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100}n=0[5x2+50]100Cn(12)100\displaystyle \leq \sum\limits _{n = 0} ^{[ 5 x _{2} + 50 ]} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100}=f(x2)= f ( x _{2} ) (참) ㄷ. 10x10- 10 \leq x \leq 10인 임의의 xx에 대하여, f(x)=P(X5x+50)f ( - x ) = {\mathrm{P}} \mathit{(} X \leq - 5 x + 50 ) =n=0[5x+50]100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{[ - 5 x + 50 ]} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} n=[5x+50]+1100100Cn(12)100\displaystyle \geq \sum\limits _{n = [ 5 x + 50 ] + 1} ^{100} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} f(x)+f(x)f ( x ) + f ( - x ) \geq n=0[5x+50]100Cn(12)100\displaystyle \sum\limits _{n = 0} ^{[ 5 x + 50 ]} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100}++n=[5x+50]+1100100Cn(12)100\displaystyle \sum\limits _{n = [ 5 x + 50 ] + 1} ^{100} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100}=1= 1 (거짓) 예를 들어 (ⅰ) x=1x = 1인 경우 f(1)=P(X45)f ( - 1 ) = \mathrm{P} \mathit{(} X \leq 45 )=n=045100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{45} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100}=n=55100100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 55} ^{100} {}_{100} {\mathrm{C}} \mathit{_{n}} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} f(1)+f(1)f ( 1 ) + f ( - 1 )=n=055100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{55} {}_{100} {\mathrm{C}} \mathit{\mathrm{_{n}}} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100}+n=55100100Cn(12)100>1\displaystyle + \sum\limits _{n = 55} ^{100} {}_{100} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} > 1 (ⅱ) x=0.9x = 0.9인 경우 f(0.9)=P(X45)f ( - 0.9 ) = \mathrm{P} \mathit{(} X \leq 45 )=n=045100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{45} {}_{100} {\mathrm{C}} _{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} =n=55100100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 55} ^{100} {}_{100} {\mathrm{C}} \mathit{\mathrm{_{n}}} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} f(0.9)+f(0.9)f ( 0.9 ) + f ( - 0.9 )=n=054100Cn(12)100\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{54} {}_{100} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100}+n=55100100Cn(12)100=1\displaystyle + \sum\limits _{n = 55} ^{100} {}_{100} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}} \left( \frac{1}{2} \right) ^{100} = 1

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