확률

❦ 확률의 뜻

확률 : 같은 조건에서 실험이나 관찰을 여러 번 반복할 때, 반복 횟수가 많아짐에 따라 어떤 사건 \(A\)가 일어나는 상대도수가 일정한 값에 가까워지면 이 일정한 값을 사건 \(A\)가 일어날 확률이라고 한다.

 

일반적으로 어떤 실험이나 관찰에서 각 경우가 일어날 가능성이 같을 때, 일어날 수 있는 모든 경우의 수를 \(n\), 사건 \(A\)가 일어날 경우의 수를 \(a\)라고 하면 사건 \(A\)가 일어날 확률 \(p\)는\[p=\dfrac { (사건~A가~일어날~경우의~수)} { (일어날~수~있는~모든~경우의~수)}=\dfrac {a}{n}\]이다.

예) 동전 한 개를 던질 때 앞면과 뒷면이 나올 가능성이 같다고 볼 수 있으므로 동전의 앞면이 나올 확률은 \(\dfrac12\)이다.

 

❦ 확률의 성질

확률의 성질(1)

   (1) 어떤 사건이 일어날 확률을 \(p\)라고 하면 \(0\leq p\leq1\)이다.

   (2) 절대로 일어나지 않는 사건의 확률은 \(0\)이다.

   (3) 반드시 일어나는 사건의 확률은 \(1\)이다.

예) 주사위 한 개를 던질 때,

   1) \(6\)이하의 자연수가 나올 확률은 \(1\)이다.

   2) 음수가 나올 확률은 \(0\)이다.

 

확률의 성질(2)

   사건 \(A\)가 일어날 확률을 \(p\)라고 하면, 사건 \(A\)가 일어나지 않을 확률은 \(1-p\)이다.

예) 동전 \(2\)개를 동시에 던질 때, 모두 앞면이 나올 확률은 \(\dfrac14\)이므로 적어도 한 개가 뒷면이 나올 확률은 \(1-\dfrac14=\dfrac34\)이다.

 

❦ 확률의 계산

두 사건 \(A,~B\)가 동시에 일어나지 않을 때, 사건 \(A\)가 일어날 확률을 \(p\), 사건 \(B\)가 일어날 확률을 \(q\)라고 하면 사건 \(A\) 또는 사건 \(B\)가 일어날 확률은 \[p+q\]이다.

예) 서로 다른 두 개의 주사위를 동시에 던질 때, 나오는 눈의 수의 합이 \(3\) 또는 \(12\)가 될 확률을 구하여라.

눈의 수의 합이 \(3\)일 확률이 \(\dfrac { 2} { 36}\)이고, 눈의 수의 합이 \(12\)일 확률이 \(\dfrac { 1} { 36}\)이므로 눈의 수의 합이 \(3\) 또는 \(12\)가 될 확률은

\[\frac { 2} { 36}+\frac { 1} { 36}=\frac { 1} { 12}\]

이다.

 

두 사건 \(A,~B\)가 서로 영향을 끼치지 않을 때, 사건 \(A\)가 일어날 확률을 \(p\), 사건 \(B\)가 일어날 확률을 \(q\)라고 하면 사건 \(A\)와 사건 \(B\)가 동시에 일어날 확률은 \[p\times q\]이다.

예) 동전 \(1\)개와 주사위 \(1\)개를 동시에 던질 때, 동전은 앞면이 나오고 주사위는 짝수의 눈이 나올 확률을 구하여라.

동전의 앞면이 나올 확률은 \(\dfrac12\)이고, 주사위가 짝수의 눈이 나올 확률은 \(\dfrac36\)이므로 동전은 앞면이 나오고 주사위는 짝수의 눈이 나올 확률은

\[\frac12\times\frac36=\frac14\]

이다.

 


☞ 한 걸음 더

확률 실험

  • 동전 한 개를 여러 번 던질 때 동전의 앞면이 나오는 비율을 시뮬레이션해보자.

   

회 시행 중 회 앞면

 ⇒ 비율      

 

회 시행 중 회 앞면

 ⇒ 비율      

 

여러 가지 확률 문제

  • 같은 능력을 가진 두 사람 \(A,~B\)가 같은 금액의 돈을 각각 걸고 경기를 하고 있다. 먼저 \(3\)번 이긴 사람이 돈을 모두 가져가기로 했는데 \(A\)가 두 번 이기고, \(B\)가 한 번 이긴 상황에서 경기가 중지되었다. 돈을 공평하게 나눌 수 있는 방법은 무엇인가?
  • 당신이 게임 쇼에 출연하여 세 개의 문들 중에서 하나를 선택하라는 요구를 받았다. 이들 중 하나의 문 뒤에는 고급 자동차가 있고 다른 두 개의 문 뒤에는 염소가 앉아 있다. 당신이 한 개의 문을 선택하자, 모든 상황을 이미 알고 있는 사회자가 다른 문을 열어 보였다. 거기에는 염소가 앉아 있다. 사회자는 익살맞은 표정으로 당신에게 묻는다. "다른 문으로 선택을 바꾸셔도 됩니다. 지금 바꾸시겠습니까?" 이 상황에서 당신은 어떤 선택을 내려야 할까?
  • 점 \(\rm A\)에서 점 \(\rm C\)를 거쳐 점 \(\rm B\)로 가는 최단거리의 길을 선택할 확률은?

    → → ↑ ↑

    그림과 같은 블록의 도로망이 있을 때, 최단거리의 경우의 수는 총 \(6\)가지이다. 이 중에서 점 \(\rm C\)를 거쳐가는 경우는 \(4\)가지이다. 따라서 점 \(\rm C\)를 거쳐가는 최단거리를 선택할 확률은 \(\frac23\)이다.

    정말 확률이 \(\frac23\)일까?

    ↑ ↑ → →

    → ↑ → ↑

    → ↑ ↑ →

    ↑ → ↑ →

    ↑ → → ↑

    ☞ 이렇게 생각해보자. 점 \(\rm A\)에서 갈림길이 있으므로 우선 하나의 길을 선택할 확률은 \(\frac12\)이다. 그 다음에 \(a_1\) 혹은 \(a_2\)지점에 도달하면 다시 각각의 갈림길에서 하나의 길을 선택할 확률이 \(\frac12\)이 된다. 만일 \(a_3\)나 \(a_4\)지점을 선택한다면 이후에는 선택할 필요가 없어지므로 \(a_1\)에서 \(a_3\)를 지나 \(\rm B\)로 가는 길과 \(a_2\)에서 \(a_4\)를 지나 \(\rm B\)로 가는 길을 선택할 확률은 각각 \(\frac12 \times\frac12 = \frac14\)이다. 반면 \(\rm C\)를 선택하게 된다면 여기에서 다시 \(a_5\)나 \(a_6\)를 선택해야하므로 이때의 \(4\)가지 경우는 모두 각각 \(\frac12\times\frac12\times\frac12 =\frac18\) 의 확률을 갖는다. 따라서 점 \(\rm A\)에서 점 \(\rm C\)를 거쳐 점 \(\rm B\)로 가는 최단거리의 길을 선택할 확률은 \(\frac12\) 이다. 이 결과는 주사위를 던져서 각각의 눈의 나올 확률이 \(\frac16\)이라는 것과 이 문제는 근본적으로 서로 다르다는 것을 얘기해준다. 이 문제는 확률의 동등성의 원리(equally likely)에 맞지 않기 때문에 처음의 방법으로 해결하면 안되는 것이다.

 

 

Copyright © 2003-2017 trsketch. All Rights Reserved. trsketch.dothome.co.kr
Saturday, July 18, 2015