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题目

6、某商店出售某种商品,根据经验,该商品每周销售量服从参数为λ=1的泊松分布,假定各周的销售量是相互独立的,用中心极限定理计算该商店一年内(52周)售出该商品件数在50件到70件之间的概率(结果用φ(C)表示)

6、某商店出售某种商品,根据经验,该商品每周销售量服从参数为λ=1的泊松分布,假定各周的销售量是相互独立的,用中心极限定理计算该商店一年内(52周)售出该商品件数在50件到70件之间的概率(结果用φ(C)表示)

题目解答

答案

设 $X_i$ 为第 $i$ 周的销售量,$X_i \sim \text{Poisson}(1)$,则 $E(X_i) = D(X_i) = 1$。 一年总销售量 $S = \sum_{i=1}^{52} X_i$,由中心极限定理知 $S$ 近似服从 $N(52, 52)$。 标准化得: \[ P(50 \leq S \leq 70) = P\left(\frac{50-52}{\sqrt{52}} \leq \frac{S-52}{\sqrt{52}} \leq \frac{70-52}{\sqrt{52}}\right) \approx \Phi\left(\frac{70-52}{\sqrt{52}}\right) - \Phi\left(\frac{50-52}{\sqrt{52}}\right) \] 近似值为: \[ \frac{70-52}{\sqrt{52}} \approx 2.5, \quad \frac{50-52}{\sqrt{52}} \approx -0.28 \] 利用标准正态分布性质: \[ \Phi(-0.28) = 1 - \Phi(0.28) \] 故概率为: \[ \Phi(2.5) - [1 - \Phi(0.28)] = \Phi(2.5) + \Phi(0.28) - 1 \] **答案:** \[ \boxed{\phi(2.5) + \phi(0.28) - 1} \]

解析

本题考查泊松分布的期望与方差、独立同分布的中心极限定理以及标准正态分布的性质。解题思路如下:

  1. 首先明确每周销售量服从参数为$\lambda = 1$的泊松分布,根据泊松分布的性质求出每周销售量的期望和方差。
  2. 然后计算一年($52$周)总销售量的期望和方差,由于各周销售量相互独立,根据期望和方差的性质可得到总销售量的期望和方差。
  3. 接着利用中心极限定理,得出一年总销售量近似服从的正态分布。
  4. 再对总销售量进行标准化处理,将所求概率转化为标准正态分布的概率。
  5. 最后根据标准正态分布的性质化简概率表达式。

详细解答

  1. 计算每周销售量的期望和方差:
    已知$X_i$为第$i$周的销售量,且$X_i \sim \text{Poisson}(1)$。对于泊松分布$X\sim \text{Poisson}(\lambda)$,其期望$E(X)=\lambda$,方差$D(X)=\lambda$。所以$E(X_i) = D(X_i) = 1$。
  2. 计算一年总销售量的期望和方差:
    设一年总销售量$S = \sum_{i=1}^{52} X_i$。因为各周的销售量是相互独立的,根据期望和方差的性质:若$X_1,X_2,\cdots,X_n$相互独立,则$E(\sum_{i=1}^{n}X_i)=\sum_{i=1}^{n}E(X_i)$,$D(\sum_{i=1}^{n}X_i)=\sum_{i=1}^{n}D(X_i)$。
    所以$E(S)=E(\sum_{i=1}^{52} X_i)=\sum_{i=1}^{52}E(X_i)=52\times1 = 52$,$D(S)=D(\sum_{i=1}^{52} X_i)=\sum_{i=1}^{52}D(X_i)=52\times1 = 52$。
  3. 利用中心极限定理确定总销售量的分布:
    由中心极限定理可知,当$n$充分大时(本题$n = 52$),独立同分布的随机变量之和$S$近似服从正态分布$N(E(S),D(S))$,即$S$近似服从$N(52, 52)$。
  4. 对总销售量进行标准化处理:
    设$Z=\frac{S - E(S)}{\sqrt{D(S)}}=\frac{S - 52}{\sqrt{52}}$,则$Z$近似服从标准正态分布$N(0,1)$。
    要求$P(50 \leq S \leq 70)$,将其标准化可得:
    $\begin{align*}P(50 \leq S \leq 70)&=P\left(\frac{50 - 52}{\sqrt{52}} \leq \frac{S - 52}{\sqrt{52}} \leq \frac{70 - 52}{\sqrt{52}}\right)\\&\approx \varPhi\left(\frac{70 - 52}{\sqrt{52}}\right) - \varPhi\left(\frac{50 - 52}{\sqrt{52}}\right)\end{align*}$
    其中$\varPhi(x)$是标准正态分布的分布函数。
  5. 计算标准化后的数值并化简概率表达式:
    计算$\frac{70 - 52}{\sqrt{52}}\approx 2.5$,$\frac{50 - 52}{\sqrt{52}}\approx -0.28$。
    根据标准正态分布的性质$\varPhi(-x)=1 - \varPhi(x)$,可得$\varPhi(-0.28)=1 - \varPhi(0.28)$。
    所以$P(50 \leq S \leq 70)\approx \varPhi(2.5) - (1 - \varPhi(0.28))=\varPhi(2.5) + \varPhi(0.28) - 1$。

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