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

점 이동과 정규근사

문제

수직선의 원점에 점 A\mathrm{A}가 있다. 한 개의 주사위를 사용하여 다음 시행을 한다.

주사위를 한 번 던져 나온 눈의 수가 4\mathrm{4} 이하이면 점 A\mathrm{A}를 양의 방향으로 1\mathrm{1}만큼 이동시키고, 5\mathrm{5} 이상이면 점 A\mathrm{A}를 음의 방향으로 1\mathrm{1}만큼 이동시킨다.

이 시행을 16200\mathrm{16200}번 반복하여 이동된 점 A\mathrm{A}의 위치가 5700\mathrm{5700} 이하일 확률을 다음 표준정규분포표를 이용하여 구한 값을 kk라 하자. 1000×k1000 \times k의 값을 구하시오. [4점]

zzP(0Zz)\mathrm{P} \mathit{\left( 0 \leq Z \leq z \right)}
1.0\mathrm{1.0}0.341\mathrm{0.341}
1.5\mathrm{1.5}0.433\mathrm{0.433}
2.0\mathrm{2.0}0.477\mathrm{0.477}
2.5\mathrm{2.5}0.494\mathrm{0.494}
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해설

한 개의 주사위를 던지는 시행을 1620016200번 반복할 때 44이하의 눈이 나오는 횟수를 확률변수 XX라 하면 44이하의 눈이 나올 확률은 46=23\displaystyle \frac{4}{6} = \frac{2}{3}이므로 확률변수XX는 이항분포 B(16200,23)\displaystyle \mathrm{B} \left( 16200 , \frac{2}{3} \right)을 따른다. E(X)=16200×23=10800\displaystyle \mathrm{E} \left( \mathit{X} \right) = 16200 \times \frac{2}{3} = 10800 V(X)=16200×23×(123)=602\displaystyle \mathrm{V} \left( \mathit{X} \right) = 16200 \times \frac{2}{3} \times \left( 1 - \frac{2}{3} \right) = 60 ^{2} 이때 n=16200n = 16200은 충분히 큰 수이므로 확률변수 XX는 근사적으로 정규분포 N(10800,602)\mathrm{N} \left( 10800 , 60 ^{2} \right)을 따르고, Z=X1080060\displaystyle Z = \frac{X - 10800}{60}으로 놓으면 확률변수 ZZ는 표준정규분포 N(0,1)\mathrm{N} \left( 0 , 1 \right)을 따른다. 이때 점 A\mathrm{A}의 위치가 57005700이하가 되려면 44이하의 눈이 나오는 횟수 XXX(16200X)5700X - \left( 16200 - X \right) \leq 5700, X10950X \leq 10950 따라서 점 A\mathrm{A}의 위치가 57005700이하일 확률은 \therefore P(X10950)\mathrm{P} \left( \mathit{X} \leq 10950 \right)=P(Z109501080060)\displaystyle = \mathrm{P} \left( \mathit{Z} \leq \frac{10950 - 10800}{60} \right) =P(Z2.5)= \mathrm{P} \left( \mathit{Z} \leq 2.5 \right) =0.5+P(0Z2.5)= 0.5 + \mathrm{P} \left( \mathit{0} \leq Z \leq 2.5 \right) =0.5+0.494= 0.5 + 0.494=0.994= 0.994 k=0.994k = 0.994이므로 1000×k=1000×0.994=9941000 \times k = 1000 \times 0.994 = 994

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