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1.综合应用题在总体N(6,20^2)中随机抽取容量为100的样本X_(1),X_(2),...,X_(100),求样本均值落在5.7到6.3之间的概率。(注:Phi(0.15)=0.5596)

1.综合应用题 在总体$N(6,20^{2})$中随机抽取容量为100的样本$X_{1},X_{2},\cdots,X_{100}$,求样本均值落在5.7到6.3之间的概率。(注:$\Phi(0.15)=0.5596$)

题目解答

答案

为了求解样本均值落在5.7到6.3之间的概率,我们需要使用中心极限定理。中心极限定理指出,对于一个总体均值为$\mu$,总体标准差为$\sigma$的总体,从该总体中随机抽取容量为$n$的样本,当$n$足够大时,样本均值$\bar{X}$的抽样分布近似服从均值为$\mu$,标准差为$\frac{\sigma}{\sqrt{n}}$的正态分布。 在这个问题中,总体均值$\mu = 6$,总体标准差$\sigma = 20$,样本容量$n = 100$。因此,样本均值$\bar{X}$的抽样分布近似服从均值为6,标准差为$\frac{20}{\sqrt{100}} = 2$的正态分布,即$\bar{X} \sim N(6, 2^2)$。 我们需要求解的是样本均值$\bar{X}$落在5.7到6.3之间的概率,即 $P(5.7 < \bar{X} < 6.3)$。为了使用标准正态分布表,我们需要将$\bar{X}$进行标准化。标准化的公式为: \[ Z = \frac{\bar{X} - \mu}{\sigma_{\bar{X}}} \] 其中,$\sigma_{\bar{X}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}} = 2$。因此,我们有: \[ Z = \frac{\bar{X} - 6}{2} \] 现在,我们需要求解 $P(5.7 < \bar{X} < 6.3)$。将$\bar{X}$的值代入标准化公式,我们得到: \[ P(5.7 < \bar{X} < 6.3) = P\left(\frac{5.7 - 6}{2} < Z < \frac{6.3 - 6}{2}\right) = P\left(-0.15 < Z < 0.15\right) \] 由于标准正态分布是对称的,我们有: \[ P\left(-0.15 < Z < 0.15\right) = 2 \Phi(0.15) - 1 \] 其中,$\Phi(0.15)$是标准正态分布的 cumulative distribution function (CDF) 在 $0.15$ 处的值。根据题目给定的值,$\Phi(0.15) = 0.5596$。因此,我们有: \[ P\left(-0.15 < Z < 0.15\right) = 2 \times 0.5596 - 1 = 1.1192 - 1 = 0.1192 \] 所以,样本均值落在5.7到6.3之间的概率是 $\boxed{0.1192}$。

解析

考查要点:本题主要考查中心极限定理的应用以及标准正态分布的概率计算。

解题核心思路:

  1. 确定样本均值的分布:根据中心极限定理,当样本容量足够大时,样本均值的分布近似正态分布,其均值为总体均值,标准差为总体标准差除以样本容量的平方根。
  2. 标准化处理:将样本均值的区间转化为标准正态分布变量$Z$的区间。
  3. 利用标准正态分布表计算概率:通过给定的$\Phi(0.15)$值,结合对称性计算最终概率。

破题关键点:

  • 正确应用中心极限定理,确定样本均值的分布参数。
  • 标准化公式的准确应用,将实际值转换为标准正态变量。
  • 对称性简化计算,利用$\Phi(-z) = 1 - \Phi(z)$简化概率表达式。

步骤1:确定样本均值的分布

根据中心极限定理,样本均值$\bar{X}$的分布为:
$\bar{X} \sim N\left(\mu, \frac{\sigma^2}{n}\right) = N\left(6, \frac{20^2}{100}\right) = N(6, 2^2)$

步骤2:标准化区间端点

将区间$[5.7, 6.3]$转换为标准正态变量$Z$:
$Z_1 = \frac{5.7 - 6}{2} = -0.15, \quad Z_2 = \frac{6.3 - 6}{2} = 0.15$

步骤3:计算概率

利用标准正态分布的对称性:
$P(-0.15 < Z < 0.15) = \Phi(0.15) - \Phi(-0.15) = \Phi(0.15) - (1 - \Phi(0.15)) = 2\Phi(0.15) - 1$
代入$\Phi(0.15) = 0.5596$:
$P = 2 \times 0.5596 - 1 = 0.1192$

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