例10 已知100件产品中有10件正品,每次使用这些 正品时肯定不会发生故障,而在每次使用非正品时均有 0.1的可能性发生故障.现从这100件产品中随机抽取一件, 若使用了n次均未发生故障,问n为多大时,才能有70% 的把握认为所得的产品为正品.
题目解答
答案
设 $ A_1 $ 为取出正品,$ A_2 $ 为取出非正品,$ B $ 为使用 $ n $ 次均未发生故障。已知 $ P(A_1) = 0.1 $,$ P(A_2) = 0.9 $,$ P(B|A_1) = 1 $,$ P(B|A_2) = 0.9^n $。
由贝叶斯定理,
$P(A_1|B) = \frac{P(A_1)P(B|A_1)}{P(B)} = \frac{0.1 \times 1}{0.1 + 0.9 \times 0.9^n} = \frac{0.1}{0.1 + 0.9^{n+1}}$
令 $ P(A_1|B) \geq 0.7 $,得
$\frac{0.1}{0.1 + 0.9^{n+1}} \geq 0.7 \implies 0.9^{n+1} \leq \frac{3}{70}$
取对数解得 $ n+1 \geq 29.90 $,即 $ n \geq 28.90 $。
因此,$ n $ 的最小值为29。
答案: $\boxed{29}$
解析
考查要点:本题主要考查贝叶斯定理的应用,以及如何通过概率不等式求解参数。关键在于理解如何根据观测结果(多次使用未故障)反推产品为正品的后验概率,并确定满足条件的最小试验次数。
解题核心思路:
- 定义事件:明确正品($A_1$)和非正品($A_2$)的先验概率,以及使用$n$次未故障的条件概率$P(B|A_1)$和$P(B|A_2)$。
- 应用贝叶斯定理:计算后验概率$P(A_1|B)$,建立不等式$P(A_1|B) \geq 0.7$。
- 解指数不等式:通过取对数将指数不等式转化为线性不等式,求出最小整数解。
破题关键点:
- 正确应用全概率公式计算分母$P(B)$。
- 处理指数不等式时注意对数运算的方向,尤其是负数对不等式方向的影响。
步骤1:定义事件与已知条件
- 设$A_1$为“抽到正品”,$A_2$为“抽到非正品”,$B$为“使用$n$次均未故障”。
- 先验概率:$P(A_1) = 0.1$,$P(A_2) = 0.9$。
- 条件概率:$P(B|A_1) = 1$(正品永不故障),$P(B|A_2) = 0.9^n$(非正品每次故障概率为$0.1$,故不故障概率为$0.9$)。
步骤2:应用贝叶斯定理
后验概率公式为:
$P(A_1|B) = \frac{P(A_1)P(B|A_1)}{P(B)} = \frac{0.1 \times 1}{0.1 + 0.9 \times 0.9^n} = \frac{0.1}{0.1 + 0.9^{n+1}}$
步骤3:建立不等式并求解
要求$P(A_1|B) \geq 0.7$,即:
$\frac{0.1}{0.1 + 0.9^{n+1}} \geq 0.7$
整理得:
$0.9^{n+1} \leq \frac{3}{70}$
取自然对数:
$(n+1)\ln(0.9) \leq \ln\left(\frac{3}{70}\right)$
因$\ln(0.9) < 0$,不等式方向反转:
$n+1 \geq \frac{\ln\left(\frac{3}{70}\right)}{\ln(0.9)} \approx 29.90$
故$n \geq 28.90$,最小整数解为$n = 29$。