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题目

17、一个学校有1000名学生,每个人都以80%的概率去图书馆上自习。问图书馆至少应设多少个座位才能以99%的概率保证上自习的学生有座位?(Phi(2.33)=0.99,sqrt(10)=3.2)

17、一个学校有1000名学生,每个人都以80%的概率去图书馆上自习。问图书馆至少应设多少个座位才能以99%的概率保证上自习的学生有座位?($\Phi(2.33)=0.99$,$\sqrt{10}=3.2$)

题目解答

答案

设去图书馆上自习的学生人数为 $X$,则 $X$ 服从二项分布 $B(1000, 0.8)$。期望 $E(X) = 800$,方差 $D(X) = 160$。由中心极限定理,$X$ 近似服从正态分布 $N(800, 160)$。 求最小座位数 $n$,使 $P(X \leq n) \geq 0.99$。标准化得: \[ P\left(Z \leq \frac{n - 800}{\sqrt{160}}\right) \geq 0.99 \] 查表得 $P(Z \leq 2.33) \approx 0.99$,则: \[ \frac{n - 800}{\sqrt{160}} \geq 2.33 \Rightarrow n \geq 800 + 2.33 \times \sqrt{160} \] 已知 $\sqrt{160} = 4\sqrt{10} \approx 4 \times 3.2 = 12.8$,故: \[ n \geq 800 + 2.33 \times 12.8 \approx 829.44 \] 取整数 $n = 830$。 **答案:** $\boxed{830}$

解析

考查要点:本题主要考查二项分布的正态近似及中心极限定理的应用,需要利用标准正态分布的分位数解决实际问题。

解题核心思路:

  1. 建模:将学生去图书馆的人数视为服从二项分布。
  2. 正态近似:利用中心极限定理,将二项分布近似为正态分布。
  3. 概率转换:通过标准化将问题转化为标准正态分布的分位数求解。
  4. 计算与取整:根据分位数计算最小座位数,并向上取整保证概率要求。

破题关键点:

  • 正确计算期望与方差:二项分布的期望为 $np$,方差为 $np(1-p)$。
  • 合理使用题目给定的分位数:利用 $\Phi(2.33)=0.99$ 直接确定临界值。
  • 注意实际问题的整数要求:座位数需为整数,需对计算结果向上取整。

1. 确定分布与参数

设去图书馆的学生人数为 $X$,则 $X$ 服从二项分布 $B(1000, 0.8)$。

  • 期望:$E(X) = np = 1000 \times 0.8 = 800$
  • 方差:$D(X) = np(1-p) = 1000 \times 0.8 \times 0.2 = 160$

2. 正态近似

根据中心极限定理,当 $n$ 较大时,$X$ 近似服从正态分布 $N(800, 160)$。

3. 概率转换

要求 $P(X \leq n) \geq 0.99$,需将问题标准化为标准正态分布:
$P\left(Z \leq \frac{n - 800}{\sqrt{160}}\right) \geq 0.99$
由 $\Phi(2.33) = 0.99$,得:
$\frac{n - 800}{\sqrt{160}} \geq 2.33$

4. 解不等式

$n \geq 800 + 2.33 \times \sqrt{160}$
计算 $\sqrt{160}$:
$\sqrt{160} = \sqrt{16 \times 10} = 4\sqrt{10} \approx 4 \times 3.2 = 12.8$
代入得:
$n \geq 800 + 2.33 \times 12.8 \approx 800 + 29.44 = 829.44$

5. 取整处理

座位数需为整数,故取 $n = 830$。

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