题目
30.设在一电路中,电阻两段的电压(V)服从N (120,22),今独立测量了 5 次,试确定2 次测定值落在区间[118,122]之外的概率。
30.设在一电路中,电阻两段的电压(V)服从N (120,22),今独立测量了 5 次,试确定2 次测定值落在区间[118,122]之外的概率。
题目解答
答案
解:设第 i 次测定值为 Xi, i=1,2,3,4,5,则 Xi-N(120,2^2)122−120118−120P{118≤Xi≤122}=φ(2)-φ(2)=φ(1)-φ(-1)=2φ(1)-1=0.6826P{Xi∉【118,122】}=1-P{118≤X≤122}=0.3174 (i=1,2,3,4,5)∵Xi 之间相互独立∴若以 Y 表示 5 次测量其测定值 Xi 落在【118,122】之外的个数Y~b(5,0.3174)∴所求概率P{Y=2}=C25(0.3174)^2(0.6826)^3=0.3204
解析
考查要点:本题主要考查正态分布的概率计算及二项分布的应用。
解题思路:
- 标准化处理:将电压区间转换为标准正态分布变量,计算单次测量值落在区间内的概率。
- 独立事件概率:利用独立性,确定单次测量值落在区间外的概率。
- 二项分布建模:将5次测量视为独立重复试验,计算恰好2次落在区间外的概率。
破题关键:
- 正态分布标准化:通过Z分数转换,利用标准正态分布表计算概率。
- 二项分布公式:正确应用组合数与概率乘积计算特定次数的成功概率。
步骤1:计算单次测量值落在区间[118,122]内的概率
设电压$X \sim N(120, 2^2)$,标准化后得:
$P(118 \leq X \leq 122) = P\left(\frac{118-120}{2} \leq Z \leq \frac{122-120}{2}\right) = P(-1 \leq Z \leq 1)$
查标准正态分布表得:
$P(Z \leq 1) = \Phi(1) = 0.8413, \quad P(Z \leq -1) = \Phi(-1) = 0.1587$
因此:
$P(118 \leq X \leq 122) = \Phi(1) - \Phi(-1) = 0.8413 - 0.1587 = 0.6826$
步骤2:计算单次测量值落在区间外的概率
$P(X \notin [118,122]) = 1 - 0.6826 = 0.3174$
步骤3:建立二项分布模型
设$Y$为5次测量中落在区间外的次数,则$Y \sim B(5, 0.3174)$。
所求概率为:
$P(Y=2) = C_5^2 \cdot (0.3174)^2 \cdot (0.6826)^3$
计算得:
$C_5^2 = 10, \quad (0.3174)^2 \approx 0.1008, \quad (0.6826)^3 \approx 0.3186$
最终结果:
$P(Y=2) \approx 10 \cdot 0.1008 \cdot 0.3186 = 0.3204$