확률과 통계확률분포수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

정사면체 눈의 차 분산

문제

각 면에 숫자 11, 22, 22, 33이 하나씩 적혀 있는 정사면체 모양의 서로 다른 상자 22개가 있다. 이 두 상자를 동시에 던져서 바닥에 닿은 면에 적혀 있는 두 수의 차를 확률변수 XX라 할 때, V(X){\mathrm{V}} \left( X \right)의 값은? [3점] 14\displaystyle \frac{1}{4}516\displaystyle \frac{5}{16}38\displaystyle \frac{3}{8}716\displaystyle \frac{7}{16}12\displaystyle \frac{1}{2}

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해설

서로 다른 두 정사면체 모양의 상자를 던질 때 나타나는 모든 경우의 수는 4×4=164 \times 4 = 16 바닥에 닿은 면에 적혀 있는 두 수의 차는 다음 표와 같다.

11222233
1100111122
2211000011
2211000011
3322111100

확률변수 XX가 가질 수 있는 값은 00, 11, 22이고, 그 확률은 각각 P(X=0)=616=38\displaystyle \mathrm{P} \mathit{\left( X = 0 \right)} = \frac{6}{16} = \frac{3}{8}, P(X=1)=816=12\displaystyle \mathrm{P} \mathit{\left( X = 1 \right)} = \frac{8}{16} = \frac{1}{2} P(X=2)=216=18\displaystyle \mathrm{P} \mathit{\left( X = 2 \right)} = \frac{2}{16} = \frac{1}{8} 이므로 XX의 확률분포를 표로 나타내면 다음과 같다.

XX001122합계
P(X=x)\mathrm{P} \left( \mathit{X} = x \right)38\displaystyle \frac{3}{8}12\displaystyle \frac{1}{2}18\displaystyle \frac{1}{8}11

따라서 확률변수 XX에 대하여 E(X)=0×38+1×12+2×18=34\displaystyle \mathrm{E} \mathit{\left( X \right)} = 0 \times \frac{3}{8} + 1 \times \frac{1}{2} + 2 \times \frac{1}{8} = \frac{3}{4} E(X2)=02×38+12×12+22×18=1\displaystyle \mathrm{E} \mathit{\left( X ^{2} \right)} = 0 ^{2} \times \frac{3}{8} + 1 ^{2} \times \frac{1}{2} + 2 ^{2} \times \frac{1}{8} = 1 이므로 V(X)\mathrm{V} \mathit{\left( X \right)}=E(X2){E(X)}2= \mathrm{E} \left( \mathit{X} ^{2} \right) - \left\{ \mathrm{E} \mathit{\left( X \right)} \right\} ^{2}=1(34)2\displaystyle = 1 - \left( \frac{3}{4} \right) ^{2}=716\displaystyle = \frac{7}{16}

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