题目
对敌人的防御地段进行100次炮击,在每次炮击中,炮弹命中颗数的数学期望为2,标准差为1.5,求在100次炮击中,有180颗到220颗炮弹命中目标的概率.(标准正态分布varnothing left(1.33right)=0.9082)
对敌人的防御地段进行$100$次炮击,在每次炮击中,炮弹命中颗数的数学期望为$2$,标准差为$1.5$,求在$100$次炮击中,有$180$颗到$220$颗炮弹命中目标的概率.(标准正态分布$varnothing left(1.33right)=0.9082$)
题目解答
答案

解析
本题主要考察独立同分布随机变量序列的的中心极限定理(莱维中心极限定理)的应用,用于近似计算独立同分布随机变量和的概率。
步骤1:问题转化与随机变量定义
设$X_k$表示第$k$次炮击的命中颗数,$X_k$相互独立,且:
- 期望$E(X_k)=2$,- 方差$D(X_k)=1.5^2=2.25$。
100次炮击的总命中颗数$X=\sum_{k=1}^{100}X_k$,需计算$P\{180\leq X\leq220\}$。
步骤2:应用中心极限定理
对于独立同分布随机变量序列,当$n$较大时($n=100$),$\frac{X-E(X)}{\sqrt{D(X)}}$近似服从标准正态分布$N(0,1)$。
- 总期望$100次):\(E(X)=\sum_{k=1}^{100}E(X_k)=100\times2=200$
- 总方差(100次):$D(X)=\sum_{k=1}^{100}D(X_k)=100\times2.25=225$,故标准差$\sqrt{D(X)}=15$。
步骤3:标准化与概率计算
将$X$标准化:$\frac{X-200}{15}\sim N(0,1)$(近似)。
则:
$P\{180\leq X\leq220\}=P\left\{\frac{180-200}{15}\leq\frac{X-200}{15}\leq\frac{200}{15}\right\}=P\{-1.33\leq Z\leq1.33\}$
其中$Z\sim N(0,1)$。
由标准正态分布性质:$P\{|Z|\leq x\}=2\Phi(x)-1$,已知$\varPhi(1.33)=0.9082$,故:
$P\{-1.33\leq Z\leq1.33\}=2\times0.9082-1=0.8164$