가장 자주 나오는 색만 쓰면, 세 칸을 더 빨리 채울까

R이 2/3로 더 자주 나와도 RRR 카드의 3회 완성 확률은 8/27. RRB 카드는 가능한 순서 세 개를 합쳐 4/9입니다. 한 번에 한 칸이라는 규칙을 남겨 주세요.

파란 뒷면만 보이는 카드 묶음

사진: Christian Gidlöf · Public domain · 원본 출처

P(R)=23,P(B)=13 P(R)=\frac23,\quad P(B)=\frac13
카드 A: R,R,B카드 B: R,R,R \text{카드 A: }R,R,B\quad\text{카드 B: }R,R,R

룰렛을 서로 독립으로 세 번 돌린다. 나온 색과 같은 칸을 한 번에 하나씩 지운다. 세 번 안에 카드의 모든 칸을 지울 확률은 어느 카드가 큰가?

많이 나오는 색과 완성 조건

P(A 완성)=(32)(23)213=49 P(\text{A 완성})=\binom32\left(\frac23\right)^2\frac13=\frac49
P(B 완성)=(23)3=827 P(\text{B 완성})=\left(\frac23\right)^3=\frac8{27}

세 칸을 세 번에 지우려면 한 번도 헛돌면 안 된다. A는 R이 정확히 두 번, B가 한 번 나오는 세 순서가 가능하다. B는 R이 세 번 나오는 한 순서만 가능하므로 A의 완성 확률이 더 크다.

학생이 “R이 더 잘 나오니까 B”라고 고르면 RRB, RBR, BRR을 먼저 쓰게 한다. 각 순서의 확률은 4/274/27이고, 이 셋을 합쳐야 A의 확률이 된다. 자주 나오는 한 색의 확률만 보고 완성 사건을 판단했는지 확인한다.

교사는 “같은 색의 칸을 모두 지운다”로 잘못 읽히지 않도록 한 번에 하나라는 규칙을 첫 줄에 남긴다. 그 문장이 빠지면 R 한 번으로 카드 B가 끝나 전혀 다른 문제가 된다.

세 번 후 지워진 칸 수의 평균도 A가 큰가? R이 0·1·2·3번 나올 확률은 각각 1/27,6/27,12/27,8/271/27,6/27,12/27,8/27이다. A에서 지운 칸은 각각 1·2·3·2개이므로 평균은 65/2765/27개다. B의 평균은 R의 횟수와 같아 2개다. 완성 확률과 지운 칸 수의 평균을 따로 비교한다.

출처·착안: Sarah Carter, 「Probability Bingo Game」. 문항과 예시 답안은 새로 작성했다.