확률과 통계순열과 조합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

연속하지 않는 카드 선택

문제

11부터 99까지 자연수가 하나씩 적혀 있는 99장의 카드가 있다. 다음은 이 카드 중에서 동시에 3장을 선택할 때, 카드에 적힌 어느 두 수도 연속하지 않는 경우의 수를 구하는 과정이다. 두 자연수 m,nm , n(2mn2 \leq m \leq n)에 대하여 11부터 nn까지 자연수가 하나씩 적혀 있는 nn장의 카드에서 동시에 mm장을 선택할 때, 카드에 적힌 어느 두 수도 연속하지 않는 경우의 수를 N(n,m)N ( n , m )이라 하자. 99장의 카드에서 3장의 카드를 선택할 때, 99가 적힌 카드가 선택되는 경우와 선택되지 않는 경우로 나누면 N(9,3)N ( 9 , 3 )에 대하여 다음 관계식을 얻을 수 있다. N(9,3)=N(N ( 9 , 3 ) = N ( ()\square {( \text{가} )} ,2)+N(8,3)2 ) + N ( 8 , 3 ) N(8,3)N ( 8 , 3 )에 8이 적힌 카드가 선택되는 경우와 선택하지 않는 경우로 나누어 적용하면 N(9,3)=N(N ( 9 , 3 ) = N ( ()\square {( \text{가} )} ,2)+N(6,2)+N(7,3)2 ) + N ( 6 , 2 ) + N ( 7 , 3 ) 이다. 이와 같은 방법을 계속 적용하면 N(9,3)=k=17N(k,2)\displaystyle N ( 9 , 3 ) = \sum\limits _{{k} = 1} ^{7} N ( k , 2 ) 이다. 여기서 N(k,2)=N ( k , 2 ) =()\square {( \text{나} )}(k1)- ( k - 1 ) 이므로 N(9,3)=N ( 9 , 3 ) =()\square {( \text{다} )} 이다.

위의 과정에서 (가), (나), (다)에 알맞은 것은? [4점] (가) (나) (다) 77 kC2{}_{k} \mathrm{C} _{2} 353588 k+1C2{}_{k+1} \mathrm{C} _{2} 484877 kC2{}_{k} \mathrm{C} _{2} 484888 kC2{}_{k} \mathrm{C} _{2} 484877 k+1C2{}_{k+1} \mathrm{C} _{2} 3535

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해설

(가)는 N(9,3)N ( 9 , 3 )중 9를 선택하였을 때의 경우의 수이므로 8이 포함되면 안된다. ()=7\therefore ( \text{가} ) = 7 또한, N(9,3)=N(7,2)+N(8,3)N ( 9 , 3 ) = N ( 7 , 2 ) + N ( 8 , 3 ) 마찬가지로, N(8,3)=N(6,2)+N(7,3)N ( 8 , 3 ) = N ( 6 , 2 ) + N ( 7 , 3 ) N(7,3)=N(5,2)+N(6,3)N ( 7 , 3 ) = N ( 5 , 2 ) + N ( 6 , 3 ) ⦙ 이므로, 이와 같은 방법을 계속 적용하면 N(9,3)=k=37N(k,2)\displaystyle N ( 9 , 3 ) = \sum\limits _{k = 3} ^{7} N ( k , 2 )이다. 그런데, N(k,2)N ( k , 2 )1k1 \sim k 의 자연수 중 2장을 뽑았을 때, 연속하지 않는 경우의 수이므로 N(k,2)=kC2(k1)N ( k , 2 ) = _{k} C _{2} - ( k - 1 ) ()=kC2\therefore ( \text{나} ) = _{k} C _{2} N(9,3)=k=37{kC2(k1)}\displaystyle N ( 9 , 3 ) = \sum\limits _{k = 3} ^{7} \left\{ {}_{k} C _{2} - ( k - 1 ) \right\} =k=37{k(k1)2(k1)}\displaystyle = \sum\limits _{k = 3} ^{7} \left\{ {\frac{k ( k - 1 )}{2} - ( k - 1 ) \}} \right. =k=3712(k1)(k2)\displaystyle = \sum\limits _{k = 3} ^{7} \frac{1}{2} ( k - 1 ) ( k - 2 ) =12k=15k(k+1)=125673=35\displaystyle = {\frac{1}{2}} \sum\limits _{k = 1} ^{5} k ( k + 1 ) = {\frac{1}{2}} \cdot \frac{5 \cdot 6 \cdot 7}{3} = 35 ()=35\therefore ( \text{다} ) = 35

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