병방동 고2수학과외







한 점의 확률을 막대 높이로 읽은 순간
인천세원고등학교 학생의 풀이 기록에는 정규분포 곡선 위 한 점의 높이를 확률로 해석한 흔적이 남아 있었다. 예를 들어 f(μ)가 양수이므로 P(X=μ)>0이라고 판단한 것이다. 그러나 곡선의 높이는 확률밀도이고, 확률은 곡선 아래 넓이로 구한다.
학생 풀이 기록에서 찾은 오류
정규분포 확률변수 X에 대해 평균을 μ, 표준편차를 σ라 하면 확률밀도함수의 한 점에서의 값 f(μ)는 양수일 수 있다. 하지만 점 하나는 폭이 없으므로 그 아래 넓이는 0이다.
P(X=μ)=0
따라서 “평균에서 곡선의 높이가 가장 크므로 평균이 될 확률도 가장 크다”는 설명은 연속분포에서는 올바르지 않다. 특정 한 점의 확률은 모두 0이고, 구간의 길이와 위치에 따라 확률이 달라진다.
양끝을 표시한 구간은 넓이로 읽는다
표준정규변수 Z에 대해
P(a≤Z≤b)=∫abφ(z) dz
로 나타낸다. 그래프에서는 a와 b를 x축에 표시한 뒤, 두 값 사이에서 곡선 아래에 놓인 영역을 확률로 해석한다.
겹치는 구간을 비교하는 방법
두 구간의 확률을 비교할 때도 곡선의 높이 하나가 아니라 넓이를 비교해야 한다. 예를 들어 표준정규분포에서
P(−1≤Z≤1)
은 가운데 넓이이고,
P(1≤Z≤2)
은 오른쪽 꼬리 부분의 넓이이다. 두 구간의 폭이 같아도 정규곡선은 중앙에서 높고 양끝으로 갈수록 낮아지므로 첫 번째 구간의 확률이 더 크다.
반대로 구간이 서로 겹친다면 겹치는 부분을 중복해서 더하지 않도록 합집합과 교집합을 먼저 확인해야 한다.
기호를 바꾼 재구성 문제
확률변수 Y∼N(10, 22)일 때 다음 설명 중 옳지 않은 것을 판단하자.
- P(Y=10)=0이다.
- P(8≤Y≤12)는 평균 10에서 곡선 아래의 구간 넓이이다.
- fY(10)>0이므로 P(Y=10)>0이다.
옳지 않은 설명은 세 번째이다. fY(10)은 밀도의 높이이며 점의 확률이 아니다. 연속확률변수에서는 어떤 특정한 실수 c에 대해서도 P(Y=c)=0이다.
최종 확인 기준
문제를 풀 때는 먼저 이 값이 곡선의 높이인지, 구간 아래 넓이인지 구분한다. “한 점”이면 확률은 0이고, “구간”이면 양끝을 정한 뒤 그 사이의 넓이를 계산한다. 이 기준을 적용하면 병방동과외에서 정규분포를 복습할 때도 점확률과 구간확률을 혼동하지 않고 풀이를 검증할 수 있다.