수학여정 - 문제 분석 리포트

(2025학년도) 2024년 9월 모의평가 고3 수학 확통 30번 풀이 해설 [이해용/실전용]
문제의 분류확률과 통계 · 중복조합 / 경우의 수 / 여사건
난이도

🔍 이해용 풀이

문제
30. 흰 공 4개와 검은 공 4개를 세 명의 학생 A, B, C에게 다음 규칙에 따라 남김없이 나누어 주는 경우의 수를 구하시오. (단, 같은 색 공끼리는 서로 구별하지 않고, 공을 받지 못하는 학생이 있을 수 있다.) [4점]
(가) 학생 A가 받는 공의 개수는 0 이상 2 이하이다.
(나) 학생 B가 받는 공의 개수는 2 이상이다.

1. 문제의 요지

이 문제는 조건에 맞게 기준을 나누고, 중복조합과 여사건을 활용하여 경우의 수를 정확히 구할 수 있는지를 묻는 문제입니다.

2. 주어진 조건

- 흰 공 4개, 검은 공 4개
- 학생 A, B, C 세 명에게 남김없이 나누어 줌
- 같은 색 공끼리는 구별하지 않음
- 공을 받지 못하는 학생이 있을 수 있음
- (가) 학생 A가 받는 공의 개수는 0 이상 2 이하
- (나) 학생 B가 받는 공의 개수는 2 이상

3. 풀이의 순서

이 문제는 A가 받는 공의 개수를 기준으로 경우를 나누고, B의 조건은 여사건을 활용하여 풀이합니다.

구체적 풀이 순서는 다음과 같아요.

step1. A가 받는 공의 개수 a가 0일 때의 경우의 수를 구합니다.

step2. A가 받는 공의 개수 a가 1일 때의 경우의 수를 구합니다.

step3. A가 받는 공의 개수 a가 2일 때의 경우의 수를 구합니다.

step4. 구한 모든 경우의 수를 합산하여 정답을 도출합니다.

4. 풀이의 도구

- 중복조합 : 서로 다른 n개에서 중복을 허락하여 r개를 택하는 경우의 수는 nHr=n+r1Cr 입니다.

- 여사건의 경우의 수 : 어떤 사건 A가 일어날 경우의 수는 (전체 경우의 수) - (사건 A가 일어나지 않을 경우의 수) 로 구할 수 있습니다.

5. 구체적 풀이

흰 공과 검은 공 두 종류가 있으므로 각각 나누어 주는 경우를 곱해서 계산해야 해요. 조건 (가)에서 A가 받는 공이 0, 1, 2개로 제한되어 있으니 이를 기준으로 큰 틀을 잡는 것이 좋습니다. 그리고 조건 (나)에서 B가 2개 이상 받아야 하는데, 2개부터 8개까지 다 구하기엔 너무 많죠? 이럴 땐 B가 0개 또는 1개 받는 '여사건'을 전체에서 빼는 방법을 떠올려야 계산 실수를 줄일 수 있어요.

step1. A가 받는 공의 개수가 0일 때

A가 받는 공의 개수를 a라고 할게요. a=0일 때를 생각해 봅시다.

A는 공을 받지 않으므로 남은 흰 공 4개, 검은 공 4개를 B, C 두 명에게 나누어 주면 됩니다.

- 흰 공 4개를 B, C에게 나누어 주는 경우: 2H4=5C4=5가지

- 검은 공 4개를 B, C에게 나누어 주는 경우: 2H4=5C4=5가지

따라서 전체 경우의 수는 5×5=25가지입니다.

여기서 끝내면 안 되고, B가 2개 이상 받아야 한다는 조건을 적용해야 해요.

B가 받는 공의 개수를 b라고 할 때, b2를 만족해야 하므로 여사건인 b=0 또는 b=1인 경우를 빼줍시다.

- b=0인 경우: B가 흰 공 0개, 검은 공 0개를 받으므로 1가지

- b=1인 경우: B가 (흰 공 1개, 검은 공 0개) 또는 (흰 공 0개, 검은 공 1개)를 받으므로 2가지

여사건의 총 경우의 수는 1+2=3가지입니다.

그러므로 a=0일 때 조건을 만족하는 경우의 수는 253=22가지입니다.

step2. A가 받는 공의 개수가 1일 때

a=1일 때, A가 받는 공 1개는 (흰 공 1개, 검은 공 0개) 또는 (흰 공 0개, 검은 공 1개)의 2가지 경우가 있습니다.

1) A가 (흰 공 1개, 검은 공 0개)를 받을 때:

남은 공은 흰 공 3개, 검은 공 4개입니다. 이를 B, C에게 나누어 줍니다.

- 전체 경우의 수: 2H3×2H4=4×5=20가지

- 여사건 (b=0 또는 b=1): B가 받는 공의 색깔 조합은 남은 공의 개수와 무관하게 항상 (0,0), (1,0), (0,1)의 3가지입니다.

- 조건을 만족하는 경우: 203=17가지

2) A가 (흰 공 0개, 검은 공 1개)를 받을 때:

남은 공은 흰 공 4개, 검은 공 3개입니다. 흰 공과 검은 공의 개수만 바뀌었을 뿐 구조가 완벽히 대칭이므로, 계산할 필요 없이 똑같이 17가지가 나옵니다.

따라서 a=1일 때 조건을 만족하는 경우의 수는 17+17=34가지입니다.

step3. A가 받는 공의 개수가 2일 때

a=2일 때, A가 받는 공 2개의 색깔 조합은 (흰2, 검0), (흰0, 검2), (흰1, 검1)의 3가지가 있습니다.

1) A가 (흰2, 검0)을 받을 때:

남은 공은 흰 공 2개, 검은 공 4개입니다.

- 전체 경우의 수: 2H2×2H4=3×5=15가지

- 여사건: 마찬가지로 3가지

- 조건을 만족하는 경우: 153=12가지

2) A가 (흰0, 검2)을 받을 때:

대칭성에 의해 1)과 동일하게 12가지입니다.

3) A가 (흰1, 검1)을 받을 때:

남은 공은 흰 공 3개, 검은 공 3개입니다.

- 전체 경우의 수: 2H3×2H3=4×4=16가지

- 여사건: 3가지

- 조건을 만족하는 경우: 163=13가지

따라서 a=2일 때 조건을 만족하는 경우의 수는 12+12+13=37가지입니다.

step4. 모든 경우의 수 합산

이제 step1, step2, step3에서 구한 경우의 수를 모두 더해주면 됩니다.

22+34+37=93

따라서 구하는 총 경우의 수는 93가지입니다.

[정답] 93

⚡ 실전용 풀이

step1. a=0일 때

남은 공: 흰 4, 검 4

B, C 분배: 2H4×2H4=5×5=25

B가 0개 또는 1개 받는 경우: 1(0개) + 2(1개) = 3

253=22

step2. a=1일 때

A가 (흰1, 검0)일 때: 남은 공 흰 3, 검 4

B, C 분배: 2H3×2H4=4×5=20

B가 0개 또는 1개 받는 경우: 1 + 2 = 3

203=17

A가 (흰0, 검1)일 때도 대칭성에 의해 17

17+17=34

step3. a=2일 때

A가 (흰2, 검0)일 때: 남은 공 흰 2, 검 4

B, C 분배: 2H2×2H4=3×5=15

B가 0개 또는 1개 받는 경우: 1 + 2 = 3

153=12

A가 (흰0, 검2)일 때도 대칭성에 의해 12

A가 (흰1, 검1)일 때: 남은 공 흰 3, 검 3

B, C 분배: 2H3×2H3=4×4=16

B가 0개 또는 1개 받는 경우: 1 + 2 = 3

163=13

12+12+13=37

step4. 모든 경우의 수 합산

22+34+37=93

93

🎯 막힌 이유와 돌파구

🔒 막힌 이유

흰 공과 검은 공 두 종류를 동시에 고려해야 하므로, A가 받는 공의 개수를 기준으로 나눌 때 색깔별 조합을 빠뜨리거나 헷갈리기 쉽습니다.
B가 받는 공의 개수가 2 이상이라는 조건을 직접 구하려고 하면, B가 2개부터 8개까지 받는 경우를 모두 따져야 해서 계산이 매우 복잡해지고 실수가 발생합니다.

🔑 돌파구

A가 받는 공의 총 개수를 0, 1, 2로 크게 나눈 뒤, 각 경우마다 A가 받는 흰 공과 검은 공의 개수 순서쌍을 먼저 확정하고 남은 공을 분배합니다.
B가 2개 이상 받는 경우는 전체 경우에서 B가 0개 또는 1개 받는 '여사건'을 빼는 방식으로 접근하면 계산을 획기적으로 줄일 수 있습니다.
(팁: '이상/이하' 조건이 주어지고 그 범위가 넓을 때는 항상 여사건을 먼저 떠올려 보세요!)

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