우두지구 고3수학과외







끝점에서 달라지는 기댓값을 따로 확인한 풀이
우두지구 생활권의 학습 상담에서 학생이 가져온 문제는 다음과 같았다. 주사위를 한 번 던져 나온 값을 X라 하고, X≥a일 때만 순이익 2X-3을 얻으며 그 밖의 경우 이익을 0으로 두었다. X는 1, 2, 3, 4 중 하나이고 모두 같은 확률을 가진다. 정수 a에 따른 순이익의 기댓값을 구하는 문제였다.
학생은 먼저 E(Y)=Σ(순이익×확률)이라는 식을 세웠다. 이어 a가 바뀌어도 같은 일반식을 적용하려고 했지만, 바로 그 지점에서 경계 검증이 필요했다. 사건은 단순히 “X가 a보다 크다”가 아니라 “X≥a”이므로, 끝점인 X=a가 사건에 포함된다.
경계에서 끊긴 사건을 다시 펼치다
최초 풀이에서 학생은 a=3일 때 사건을 X>3처럼 처리해 X=3을 빠뜨렸다. 일반적인 구간에서 사용하던 규칙을 경계값에도 그대로 옮긴 것이다. 이때 계산한 값은 0이었지만, 실제 사건은 X=3,4이므로 순이익은 각각 3, 5이다. 따라서
E(Y)=(3×1/4)+(5×1/4)=2
가 된다. 오류가 계산 중간이 아니라 사건을 복원한 첫 줄에서 시작되었음을 확인했다. 확률을 곱하는 뒤의 줄만 고쳐서는 해결되지 않는 이유도 여기에 있었다.
학생은 풀이 첫 줄 옆에 ‘사건: X≥a, 확률조건: X는 1~4에서 균등’이라고 나누어 적었다. 그리고 일반 구간과 예외 구간을 분리했다.
- a≤1이면 네 결과가 모두 사건에 포함되어 E(Y)=((−1)+1+3+5)/4=2
- a=2이면 X=2,3,4만 포함되어 E(Y)=(1+3+5)/4=9/4
- a=3이면 X=3,4만 포함되어 E(Y)=2
- a=4이면 X=4만 포함되어 E(Y)=5/4
- a≥5이면 사건이 없어 E(Y)=0
이렇게 경계 전후를 따로 계산하자, 사건의 변화와 기댓값의 변화가 한 표 안에서 보였다. 춘천고등학교와 강원대학교사범대학부설고등학교가 있는 생활권에서 진행한 춘천고3수학과외 상담에서도 이런 식으로 조건과 확률을 분리해 기록하면 풀이의 출발점을 점검하기 쉽다.
숫자가 아닌 조건으로 바꾸어 확인하기
같은 숫자만 바꾸는 대신 조건을 바꾼 문제를 제시했다. 이번에는 X가 0, 1, 2, 3 중 하나이고, X>b일 때 순이익을 3X-2, 나머지는 0으로 두었다. b=1이면 사건은 X=2,3이고, 이때 순이익은 4와 7이다.
학생은 예전처럼 경계값을 자동으로 포함하지 않고, 부등호를 먼저 읽었다. 따라서
E(Y)=(4×1/4)+(7×1/4)=11/4
라고 계산했다. 이어 b=1의 바로 왼쪽인 0.9와 오른쪽인 1.1을 대입해 사건에 들어오는 정수값이 달라지는지 확인했다. b=0.9에서는 1, 2, 3이 포함되고, b=1.1에서는 2, 3만 포함된다. 숫자를 외워 푼 것이 아니라 부등호와 표본값의 관계를 다시 판단한 것이다.
무힌트 재풀이에서 남은 판단
다음 날에는 표시해 둔 풀이를 가리고, “성공 사건의 확률이 p이고 성공 시 순이익이 r, 실패 시 순손실이 s일 때 순이익의 기댓값을 나타내라”는 문제를 풀게 했다. 학생은 먼저
E(Y)=r·p−s·(1−p)
를 세운 뒤, 성공 사건과 확률조건을 분리해 적었다. 이어 성공 확률이 0 또는 1인 경계에서도 식이 맞는지 대입했다. p=0이면 손실만 남고, p=1이면 성공 이익만 남으므로 식의 부호와 해석이 일치했다.
마지막으로 다른 풀이인 “기대수익−기대비용” 방식과 결과를 대조했다. 두 계산이 같아지는 것은 기댓값의 선형성이 원래 조건과 맞기 때문이라고 설명했다. 새 문제에서도 학생은 전체 식을 다시 계산하기보다 사건의 포함 여부가 바뀌는 경계 줄을 먼저 찾아냈다. 우두지구과외에서 확인한 이번 변화는 정답 자체보다, 끝점에서 일반 규칙을 멈추고 사건을 다시 펼치는 판단이 유지되었다는 데 있었다.