대수지수와 로그수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

정보량과 로그

문제

정보이론에서는 사건 EE가 발생했을 때, 사건 EE의 정보량 I(E)I ( E )가 다음과 같이 정의된다고 한다. I(E)=log2P(E)I ( E ) = - \log _{2} \mathrm{P} ( E ) <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (단, 사건 EE가 일어날 확률 P(E)\mathrm{P} ( E )는 양수이고, 정보량의 단위는 비트이다.) [4점]

[ 보 기 ]
ㄱ. 한 개의 주사위를 던져 홀수의 눈이 나오는 사건을 EE라 하면 I(E)=1I ( E ) = 1이다. ㄴ. 두 사건 A,B\mathrm{A} , B가 서로 독립이고 P(AB)>0\mathrm{P} ( A \cap B ) > 0 이면 I(AB)=I(A)+I(B)I ( A \cap B ) = I ( \mathrm{A} ) + \mathit{I} ( \mathrm{B} )이다. ㄷ. P(A)>0\mathrm{P} ( A ) > 0, P(B)>0\mathrm{P} ( B ) > 0인 두 사건 A,B\mathrm{A} , B에 대하여 2I(AB)I(A)+I(B)2 I ( A \cup B ) \leq I ( A ) + I ( B )이다.

ㄱ, ㄴㄱ, ㄷㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

ㄱ. P(E)=12\displaystyle {\mathrm{P}} ( E ) = \frac{1}{2}이므로 I(E)=log2P(E)I ( E ) = - \log _{2} {\mathrm{P}} ( E )=log212\displaystyle = - \log _{2} \frac{1}{2}=1= 1 (참) ㄴ. 두 사건 A,B\mathrm{A} , B가 서로 독립이므로 P(AB)=P(A)P(B)\mathrm{P} ( A \cap B ) = P ( A ) P ( B )I(AB)=log2P(AB)I ( A \cap B ) = - \log _{2} {\mathrm{P}} ( A \cap B )=log2P(A)P(B)= - \log _{2} {\mathrm{P}} ( A ) {\mathrm{P}} ( B ) ={log2P(A)+log2P(B)}= - \left\{ \log _{2} {\mathrm{P}} ( A ) + \log _{2} {\mathrm{P}} ( B ) \right\} =log2P(A)log2P(B)= - \log _{2} {\mathrm{P}} ( A ) - \log _{2} {\mathrm{P}} ( B ) =I(A)+I(B)= I ( A ) + I ( B ) (참) ㄷ. 2I(AB)=2log2P(AB)2 I ( A \cup B ) = - 2 \log _{2} {\mathrm{P}} ( A \cup B )=log2{P(AB)}2= - \log _{2} \left\{ {\mathrm{P}} ( A \cup B ) \right\} ^{2} I(A)+I(B)=log2P(A)log2P(B)I ( A ) + I ( B ) = - \log _{2} {\mathrm{P}} ( A ) - \log _{2} {\mathrm{P}} ( B )=log2P(A)P(B)= - \log _{2} {\mathrm{P}} ( A ) {\mathrm{P}} ( B ) P(AB)P(A)>0\mathrm{P} \mathit{(} A \cup B ) \geq \mathrm{P} \mathit{(} A ) > 0, P(AB)P(B)>0\mathrm{P} \mathit{(} A \cup B ) \geq \mathrm{P} \mathit{(} B ) > 0이므로 {P(AB)}2P(A)P(B)\left\{ \mathrm{P} \mathit{(} A \cup B ) \right\} ^{2} \geq \mathrm{P} \mathit{(} A ) \mathrm{P} \mathit{(} B )log2{P(AB)}2log2P(A)P(B)\log _{2} \left\{ \mathrm{P} \mathit{(} A \cup B ) \right\} ^{2} \geq \log _{2} \mathrm{P} \mathit{(} A ) \mathrm{P} \mathit{(} B ) log2{P(AB)}2log2P(A)P(B)- \log _{2} \left\{ \mathrm{P} \mathit{(} A \cup B ) \right\} ^{2} \leq - \log _{2} \mathrm{P} \mathit{(} A ) \mathrm{P} \mathit{(} B )2I(AB)I(A)+I(B)2 I ( A \cup B ) \leq I ( A ) + I ( B ) (참) 따라서 보기 중 옳은 것은 ㄱ, ㄴ, ㄷ이다.

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