假设生产线上组装每件产品的时间服从指数分布,并且平均时间为10分钟,各件产品的组装时间相互独立.则组装100件产品需要15-20小时的概率(用中心极限定理近似计算)为___.(Φ(1)=0.8413,Φ(2)=0.9772)
题目解答
答案
=10,D(X)=100,n=100
运用中心极限定理求正态分布的概率:X~N(μ,σ2),P()==Φ(x)=1-Φ(-x)
其中,样本容量为n.
p()=
则
=Φ(2)+Φ(1)-1=0.8185
故答案为:0.8185
解析
考查要点:本题主要考查指数分布的性质、中心极限定理的应用以及标准正态分布函数Φ的使用。
解题思路:
- 确定单件组装时间的期望与方差:指数分布的参数与均值、方差的关系。
- 总时间的分布近似:通过中心极限定理,将100件产品的总组装时间近似为正态分布。
- 单位转换与标准化:将时间范围转换为分钟,计算标准化后的Z值,利用Φ函数求概率。
关键点:正确处理单位转换,理解中心极限定理中均值与方差的计算,以及标准正态分布的对称性。
步骤1:确定单件组装时间的参数
设单件组装时间为$X$,服从参数为$\lambda$的指数分布。已知$E(X) = 10$分钟,因此:
$\lambda = \frac{1}{E(X)} = \frac{1}{10}, \quad D(X) = \left(\frac{1}{\lambda}\right)^2 = 10^2 = 100.$
步骤2:总组装时间的分布
组装100件产品的总时间为$T = X_1 + X_2 + \cdots + X_{100}$。根据中心极限定理,$T$近似服从正态分布:
$T \sim N\left(n\mu, n\sigma^2\right) = N\left(100 \times 10, 100 \times 100\right) = N(1000, 10000).$
均值为$\mu_T = 1000$分钟,标准差为$\sigma_T = \sqrt{10000} = 100$分钟。
步骤3:时间范围转换与标准化
题目要求总时间在15小时到20小时之间,即:
$15 \text{小时} = 15 \times 60 = 900 \text{分钟}, \quad 20 \text{小时} = 20 \times 60 = 1200 \text{分钟}.$
将时间范围标准化为Z值:
$Z_1 = \frac{900 - 1000}{100} = -1, \quad Z_2 = \frac{1200 - 1000}{100} = 2.$
步骤4:计算概率
所求概率为:
$P(900 \leq T \leq 1200) = P(-1 \leq Z \leq 2) = \Phi(2) - \Phi(-1).$
利用标准正态分布的对称性,$\Phi(-1) = 1 - \Phi(1)$,代入已知值:
$\Phi(2) - \Phi(-1) = 0.9772 - (1 - 0.8413) = 0.9772 + 0.8413 - 1 = 0.8185.$