두 번 한 모둠과 열여덟 번 한 모둠, 비율을 그냥 평균낼까?

2회 중2회와18회 중8회. 모둠 비율 평균은13/18, 전체 시행 상대도수는1/2입니다. 집계할 때 분모의 시행 수를 함께 남겨 주세요.

금빛 양팔저울과 서로 다른 크기의 추

사진: Nikodem Nijaki · CC BY-SA 3.0 · 원본 출처

모둠 시행 수 사건 A가 나온 횟수
가 2 2
나 18 8

같은 실험을 한 두 모둠의 기록이다. 전체 20회에서 A가 나온 상대도수를 구하라. 두 모둠의 상대도수를 더해 2로 나눈 답과 같은가?

전체 상대도수=2+82+18=12 \text{전체 상대도수}=\frac{2+8}{2+18}=\frac12
12(22+818)=1318≠12 \frac12\left(\frac22+\frac8{18}\right)=\frac{13}{18}\ne\frac12

가 모둠의 2회와 나 모둠의18회에 같은 비중을 준 평균은 전체 시행의 비율이 아니다. 전체 시행 하나를 같은 무게로 세려면 모둠별 시행 수를 반영해야 한다.

220⋅1+1820⋅49=12 \frac2{20}\cdot1+\frac{18}{20}\cdot\frac49=\frac12

교사는 두 모둠의 비율만 적지 않고 시행 수와 횟수를 함께 남긴다. “두 모둠 중 하나를 같은 확률로 고른 뒤 그 모둠에서 한 시행을 고른다”면 다른 질문이 되어 13/1813/18이 맞는다. 어떤 것을 무작위로 고르는지도 분모에 영향을 준다.

학생에게 먼저 스무 칸을 그리게 하고, 각 모둠의 시행 수만큼 칸을 나누게 한다. 모둠 둘의 결과를 두 칸으로만 요약한 그림과 비교하면 어떤 정보가 사라졌는지 볼 수 있다.

전체 상대도수가 1/21/2라고 해서 A의 수학적 확률이 반드시 1/21/2인 것은 아니다. 이 문항은 관찰한20회의 비율을 구했으며, 실험을 발생시키는 규칙은 주어지지 않았다. 관찰값과 이론값의 구별도 답 뒤에 한 문장으로 남긴다.

후속 문항은 두 모둠의 시행 수를 모두10으로 만들 때 두 집계 방식이 같아지는 이유를 설명하게 한다. 수치를 바꾸기 전에 두 비중이 같아졌다는 조건을 확인하는 질문이다.

출처·착안: Mark Chubb, 「From Experimental to Theoretical Probability」. 문항과 예시 답안은 새로 작성했다.