송촌동 고2수학과외







음수 확률이 숨어 있던 매개변수 분포표
송촌동과외 수업에서 학생의 풀이 기록을 검토하던 중, “확률의 합이 1이므로 조건을 만족한다”는 결론이 나왔다. 그러나 이산확률분포에서는 합뿐 아니라 각 확률이 0 이상이어야 한다.
학생 풀이 기록
확률변수 X의 분포가 다음과 같이 주어졌다고 하자.
| X | 0 | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|---|
| P(X=x) | a | 1/4 | 1/2-a | 1/4 |
학생은 확률의 합을 계산하여
a + 1/4 + (1/2-a) + 1/4 = 1
이므로 모든 실수 a가 가능하다고 판단했다.
합 조건만으로는 부족한 이유
확률은 반드시 다음 두 조건을 동시에 만족해야 한다.
- 각 확률은 0 이상이다.
- 모든 확률의 합은 1이다.
합 조건은 a의 값과 관계없이 항상 성립한다. 따라서 각 항의 부호를 따로 확인해야 한다.
가능한 매개변수의 범위
각 확률에 조건 적용하기
각 확률이 0 이상이어야 하므로
a ≥ 0, 1/4 ≥ 0, 1/2-a ≥ 0, 1/4 ≥ 0
를 얻는다. 이 중 a와 관련된 조건은
a ≥ 0, a ≤ 1/2
이므로 가능한 범위는
0 ≤ a ≤ 1/2
이다. 끝점에서는 한 확률이 0이 되지만, 확률은 0도 허용하므로 두 값 모두 가능하다.
교정 전후 비교
| 판단 | 결과 |
|---|---|
| 교정 전 | 확률의 합이 1이므로 모든 실수 a 가능 |
| 교정 후 | 각 확률의 비음수 조건까지 적용하여 0≤a≤1/2 |
예를 들어 a=3/4이면 확률표의 한 항이 1/2-3/4=-1/4가 되어 확률이 될 수 없다. 반면 a=0 또는 a=1/2에서는 한 항이 0이므로 유효한 이산확률분포가 된다.
문제 요구를 다시 쓰는 습관
매개변수가 포함된 확률분포 문제에서는 먼저 “확률의 합이 1”을 확인하고, 이어서 표의 모든 확률에 대해 0 이상 조건을 적용해야 한다. 대전송촌고등학교 내신 문제처럼 경계값을 묻는 경우에도 음수 확률이 생기는 후보를 제거하는 과정이 핵심이다.