设总体 X sim N(mu, sigma^2),其中 sigma^2 已知,Phi(x) 为 N(0,1) 的分布函数,现进行 n 次独立实验得到样本均值为 overline(x),对应于置信水平 1-alpha 的 mu 的置信区间为 (overline(x)-varepsilon, overline(x)+varepsilon),则 varepsilon 由()确定。A. Phi((varepsilon sqrt(n))/(sigma))=1-alpha/2B. Phi((sqrt(n))/(varepsilon sigma))=1-alpha/2C. Phi((varepsilon sqrt(n))/(sigma))=1-alphaD. Phi((varepsilon sqrt(n))/(sigma))=alpha
A. $\Phi\left(\frac{\varepsilon \sqrt{n}}{\sigma}\right)=1-\alpha/2$
B. $\Phi\left(\frac{\sqrt{n}}{\varepsilon \sigma}\right)=1-\alpha/2$
C. $\Phi\left(\frac{\varepsilon \sqrt{n}}{\sigma}\right)=1-\alpha$
D. $\Phi\left(\frac{\varepsilon \sqrt{n}}{\sigma}\right)=\alpha$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查正态总体均值在已知方差时的置信区间构造方法,重点在于理解标准化后的统计量与标准正态分布的关系,以及如何通过分位数确定误差范围$\varepsilon$。
解题核心思路:
- 标准化样本均值:利用样本均值的分布特性,将其转化为标准正态变量。
- 确定分位数:根据置信水平$1-\alpha$,找到对应的分位数$z_{\alpha/2}$,并建立概率等式。
- 解方程求$\varepsilon$:通过置信区间的形式,将误差范围$\varepsilon$与分位数联系起来,最终得到$\varepsilon$的表达式。
破题关键点:
- 正确写出标准化后的统计量:$\frac{\overline{X} - \mu}{\sigma / \sqrt{n}} \sim N(0,1)$。
- 理解双侧置信区间的分位数关系:$\Phi(z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2$,而非$\Phi(z_{\alpha}) = 1 - \alpha$。
步骤1:标准化样本均值
已知总体$X \sim N(\mu, \sigma^2)$,样本均值$\overline{X} \sim N\left(\mu, \frac{\sigma^2}{n}\right)$。标准化后得到:
$Z = \frac{\overline{X} - \mu}{\sigma / \sqrt{n}} \sim N(0,1)$
步骤2:建立置信区间概率等式
对于置信水平$1-\alpha$,双侧置信区间对应的概率为:
$P\left(-z_{\alpha/2} < Z < z_{\alpha/2}\right) = 1 - \alpha$
其中,$z_{\alpha/2}$满足$\Phi(z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2$。
步骤3:解方程求$\mu$的置信区间
将标准化统计量代入概率等式,解得:
$\mu \in \left(\overline{X} - z_{\alpha/2} \cdot \frac{\sigma}{\sqrt{n}}, \overline{X} + z_{\alpha/2} \cdot \frac{\sigma}{\sqrt{n}}\right)$
对比题目给出的区间$(\overline{x} - \varepsilon, \overline{x} + \varepsilon)$,可得:
$\varepsilon = z_{\alpha/2} \cdot \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$
步骤4:关联$\varepsilon$与$\Phi$函数
将$\varepsilon$代入标准化表达式,得到:
$\frac{\varepsilon \sqrt{n}}{\sigma} = z_{\alpha/2}$
结合$\Phi(z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2$,最终确定$\varepsilon$的表达式为:
$\Phi\left(\frac{\varepsilon \sqrt{n}}{\sigma}\right) = 1 - \frac{\alpha}{2}$