AMC 10 · 2021 · #7

학년 7 probability
expected-valueweighted-averagemean-median-mode-rangeprobability-basic identify-subproblemsformula-substitution ↑ 선수 지식: expected-value
📏 중간 풀이 💡 2 개 인사이트
문제
학교가 학생 백 명을 다섯 반에 나눕니다. 반마다 선생님이 한 명이고 인원은 50, 20, 20, 5, 5입니다. 선생님을 무작위로 골라 그 반의 인원을 적을 때의 평균을 첫 값이라 합니다. 학생을 무작위로 골라 자기를 포함한 그 반의 인원을 적을 때의 평균을 둘째 값이라 합니다. 첫 값에서 둘째 값을 뺀 값을 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
${-}18.5$
(B)
${-}13.5$
(C)
0
(D)
13.5
(E)
18.5
풀이 과정
전략 다르게 정리하기

여기에 있는 자료는 다섯 반의 인원 50, 20, 20, 5, 5 하나뿐이고, 문제 전체는 t 와 s 가 그 하나의 자료를 서로 다른 방식으로 센다는 데 있습니다. 그래서 도구 #15(다르게 정리하기)가 핵심 동력입니다. 먼저 선생님 목록을 만들고, 똑같은 반들을 이번에는 학생 목록으로 다시 만들어 수가 어떻게 달라지는지 보는 것입니다. 도구 #16(관점 바꾸기)은 그 전환을 정확히 이름 붙여 줍니다. 선생님 5 분이 아니라 학생 100 명을 보는 순간, 단순 평균이 가중평균으로 바뀝니다. 도구 #8(단위 살펴보기)은 두 나눗셈을 헷갈리지 않게 지켜 줍니다. t 는 선생님 5로 나누고 s 는 학생 100으로 나누기 때문입니다. 도구 #14(극단의 원리)는 계산을 하기 전에 답의 부호를 먼저 정합니다. 모든 반이 같은 경우와 아주 치우친 경우를 시험해 보면 됩니다. 그다음 도구 #3(가능성 지우기)이 그 부호를 다섯 선택지에 적용합니다.

1STEP 1

선생님 기준으로 세기

선생님 기준으로는 단순 평균입니다.

t = (50 + 20 + 20 + 5 + 5)/5 = 100/5 = 20
2STEP 2

같은 반들을 학생 기준으로 다시 세기

학생 기준에서는 큰 반이 더 무겁습니다.

P(50) = 50/100 = 1/2, P(20) = 20/100 = 1/5 (20 명 반 각각), P(5) = 5/100 = 1/20 (5 명 반 각각)
3STEP 3

학생 백 명에 대해 평균 내기

백 명에 대해 평균을 냅니다.

s = (50 · 50 + 20 · 20 + 20 · 20 + 5 · 5 + 5 · 5)/100 = 3350/100 = 33.5
4STEP 4

계산을 끝내기 전에 부호 정하기

부호를 미리 예측할 수 있습니다.

모든 반이 같음 → t = s; 반이 고르지 않음 → s > t → t - s < 0
5STEP 5

빼서 선택지 맞추기

빼면 마이너스 13.5입니다.

t - s = 20 - 33.5 = -13.5
정답
-13.5
세 가지로 확인합니다. 첫째, 범위 확인입니다. s 는 모두 5 이상 50 이하인 수들의 평균이므로 그 범위 안에 있어야 하고, 33.5는 조건을 만족합니다. 또한 전체 학생의 절반이 50 명 반에 있고 그 반 하나만으로도 50 · 1/2 = 25를 s 에 보태므로, s 는 25 보다 커야 합니다. 33.5는 이것도 만족합니다. 둘째, 구조 확인입니다. s 는 (반 인원을 제곱해서 더한 값)/(반 인원을 더한 값)으로 쓸 수 있고, 반 인원의 합이 100 = 5t 이므로 정리하면 s = t + (다섯 반 인원의 분산)/t이 됩니다. 다섯 수의 평균은 20이고 편차는 30, 0, 0, -15, -15 이므로 분산은 (900 + 0 + 0 + 225 + 225)/5 = 1350/5 = 270이고, 270/20 = 13.5입니다. 차이가 정확히 다시 나옵니다. 게다가 분산은 결코 음수가 될 수 없으므로, 이 차이가 왜 항상 한쪽 방향인지도 설명해 줍니다. 셋째, 단위 확인입니다. t 와 s 는 둘 다 한 반의 학생 수이므로 빼는 것이 타당하고, 답의 단위도 학생 수입니다.
💡핵심 정리

선생님에게 묻는 것과 학생에게 묻는 것은 같은 다섯 반을 서로 다르게 세는 두 가지 방법입니다. 인원이 n 인 반은 선생님에게는 한 번, 학생에게는 n 번 세어지므로 학생 쪽 평균이 항상 더 큽니다. 여기서는 20 대 33.5로 13.5 만큼 차이가 납니다.

  • 선생님 기준으로 세기
  • 같은 반들을 학생 기준으로 다시 세기
  • 학생 백 명에 대해 평균 내기
  • 계산을 끝내기 전에 부호 정하기
  • 빼서 선택지 맞추기