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확률의 뜻What Probability Means

Pre-AlgebraPre-Algebra · 10. 확률 입문10. Introduction to Probability

학습 목표
  • 확률을 00(불가능)부터 11(확실) 사이의 수로 이해한다.
  • "모든 경우의 가능성이 같을 때"라는 전제 아래, 확률 == (원하는 경우) ÷\div (전체 경우)로 계산할 수 있다.
  • 여사건의 확률(1p1 - p)을 쓸 수 있다.
  • 확률을 분수·소수·백분율로 자유롭게 오간다.
  • 확률이 "다음 한 번의 예언"이 아니라 "장기적인 비율"임을 알고, 도박사의 오류를 피한다.

가능성을 수로 재다

"내일 비가 올까", "주사위에서 6이 나올까" — 확실하지 않은 일에도 가능성의 크기는 말할 수 있다. 그 크기를 수로 잰 것이 확률이다. 눈금은 00부터 11까지:

0 0.5 1 1/6 1/2 5/6
불가능(0)부터 확실(1)까지 — 모든 확률은 이 눈금 위의 한 점이다.

절대 일어나지 않으면 00(주사위에서 77), 반드시 일어나면 11(주사위에서 66 이하), 반반이면 12\frac12. 모든 확률은 이 사이 어딘가에 있다 — 11보다 큰 확률, 음수인 확률은 없다.

확률의 계산: 전제 하나, 나눗셈 하나

주사위는 여섯 면이 똑같이 나올 만하게 만들어져 있다. 이렇게 모든 경우의 가능성이 같을 때, 확률은 경우의 수 두 개의 비율이다:

P(사건)=원하는 경우의 수전체 경우의 수.P(\text{사건}) = \frac{\text{원하는 경우의 수}}{\text{전체 경우의 수}}.

주사위에서 짝수가 나올 확률: 전체 66가지 중 원하는 것(2,4,62, 4, 6)이 33가지 —

P(짝수)=36=12.P(\text{짝수}) = \frac36 = \frac12.

주의

이 공식의 전제 — "모든 경우의 가능성이 같다" — 를 빠뜨리면 엉터리가 된다. "복권은 당첨 아니면 꽝, 두 경우니까 확률 12\frac12"는 두 경우의 가능성이 하늘과 땅인 것을 무시한 오류다. 공식을 쓰기 전에 항상 묻자: 경우들이 정말 대등한가?

확률은 결국 부분 대 전체의 비율이다 — 원액 11 : 물 44 혼합액에서 원액이 전체의 15\frac15이던 그 계산과 같은 피가 흐른다. 표기도 비율답게 세 옷을 입는다: 14=0.25=25%\frac14 = 0.25 = 25\% — 일기예보의 "강수확률 30%30\%"는 P=0.3P = 0.3이다.

여사건: 안 일어날 확률

일어나거나, 안 일어나거나 — 둘뿐이고 합쳐서 확실(11)이다. 그러므로

P(안 일어남)=1P(일어남).P(\text{안 일어남}) = 1 - P(\text{일어남}).

비 올 확률이 30%30\%면 안 올 확률은 70%70\%. 별것 아닌 듯한 이 식은 "원하는 경우"보다 "원하지 않는 경우"가 세기 쉬울 때 강력한 지름길이 된다 — 다음 차시에서 제대로 써먹는다.

예제 1 · 번호표 뽑기

11부터 2020까지 번호표 중 하나를 무작위로 뽑는다. 소수가 나올 확률은?

풀이. 2020 이하의 소수는 2,3,5,7,11,13,17,192, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 — 여덟 개다:

P=820=25=40%.P = \frac{8}{20} = \frac25 = 40\%.

원하는 경우를 빠짐없이, 겹침 없이 세는 것이 확률 계산의 실제 노동이다 — 거듭제곱 차시의 소수 판정이 셈의 도구가 된다.

확률은 예언이 아니다

동전을 100100번 던지면 앞면이 정확히 5050번 나올까? 대개는 아니다 — 4747번, 5353번처럼 어긋난다. 확률 12\frac12의 진짜 뜻은 "던지는 횟수가 많아질수록 앞면의 비율이 12\frac12에 가까워진다"는 장기 비율이지, 다음 한 번이나 백 번에 대한 약속이 아니다.

여기서 유명한 착각 하나를 잡자.

주의

동전이 네 번 연속 앞면이었다. "이제 뒷면이 나올 때가 됐다"? — 아니다. 동전에는 기억이 없다. 다섯 번째의 뒷면 확률은 여전히 12\frac12이다. "앞면만 다섯 번 연속 나올 확률"(132\frac1{32})이 작은 것은 사실이지만, 그건 다섯 번을 던지기 전의 이야기 — 이미 네 번이 나와 버린 지금과는 다른 질문이다. 이 혼동을 도박사의 오류라 부른다.

Goals
  • Understand probability as a number from 00 (impossible) to 11 (certain).
  • Compute probability as (favorable cases) ÷\div (total cases) — under the premise that all cases are equally likely.
  • Use the complement rule, 1p1 - p.
  • Move freely between fraction, decimal, and percent forms.
  • Know that probability is a long-run proportion, not a prophecy — and dodge the gambler's fallacy.

Measuring likelihood with a number

"Will it rain tomorrow?" "Will the die show a 6?" — even about uncertain things, the size of the chance can be discussed. Measured as a number, that size is probability, on a scale from 00 to 11:

0 0.5 1 1/6 1/2 5/6
From impossible (0) to certain (1) — every probability is a point on this line.

What cannot happen scores 00 (rolling a 77); what must happen scores 11 (rolling 66 or less); a fair coin's heads sits at 12\frac12. Every probability lives in between — none exceed 11, none are negative.

Computing it: one premise, one division

A die is built so its six faces are equally likely. Whenever all cases are equally likely, probability is a ratio of two counts:

P(event)=favorable casestotal cases.P(\text{event}) = \frac{\text{favorable cases}}{\text{total cases}}.

The chance of an even roll: 33 favorables (2,4,62, 4, 6) out of 66

P(even)=36=12.P(\text{even}) = \frac36 = \frac12.

Watch out

Drop the premise — "all cases equally likely" — and the formula turns to nonsense. "A lottery ticket either wins or doesn't: two cases, so the chance is 12\frac12" ignores that the two cases are worlds apart in likelihood. Before using the formula, always ask: are the cases genuinely on equal footing?

At bottom, probability is a part-to-whole ratio — the same blood as "concentrate is 15\frac15 of the 1:41:4 mixture." And like any ratio it wears three outfits: 14=0.25=25%\frac14 = 0.25 = 25\% — the forecast's "30%30\% chance of rain" is P=0.3P = 0.3.

Complements: the chance of not happening

An event happens or it doesn't — two options that together are certain (11). Hence

P(not happening)=1P(happening).P(\text{not happening}) = 1 - P(\text{happening}).

A 30%30\% chance of rain means a 70%70\% chance of none. This modest identity becomes a powerful shortcut whenever the unwanted cases are easier to count than the wanted ones — the next lesson leans on it hard.

Example 1 · Drawing a numbered ticket

One ticket is drawn at random from tickets numbered 11 to 2020. What is the probability of a prime number?

Solution. The primes up to 2020: 2,3,5,7,11,13,17,192, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 — eight of them:

P=820=25=40%.P = \frac{8}{20} = \frac25 = 40\%.

Counting the favorable cases without gaps or repeats is the real labor of probability — the prime-testing from the powers lesson, now a counting tool.

Probability is not prophecy

Toss a coin 100100 times: exactly 5050 heads? Usually not — 4747 here, 5353 there. What 12\frac12 really promises is a long-run proportion: as the tosses pile up, the fraction of heads closes in on 12\frac12. It is no guarantee about the next toss, or the next hundred.

One famous trap deserves arrest on the spot.

Watch out

Four heads in a row. "Tails is due now"? — No. Coins have no memory: the fifth toss shows tails with probability exactly 12\frac12. It's true that "five heads in a row" is unlikely (132\frac1{32}) — but that's the before-any-tosses question, not the question that remains after four heads have already landed. Confusing the two is called the gambler's fallacy.