题目
连续地掷一枚骰子105次,则点数之和超过400的概率为() A 1 - Phi((13)/(7)) B Phi((13)/(7)) C Phi
连续地掷一枚骰子105次,则点数之和超过400的概率为()
A $1 - \Phi\left(\frac{13}{7}\right)$
B $\Phi\left(\frac{13}{7}\right)$
C $\Phi
题目解答
答案
为了确定连续掷一枚骰子105次,点数之和超过400的概率,我们可以使用中心极限定理。中心极限定理指出,大量独立同分布的随机变量之和的分布可以近似为正态分布。
首先,我们定义随机变量 $X_i$ 为第 $i$ 次掷骰子的结果。每个 $X_i$ 是一个离散随机变量,取值为1到6,每个值的概率都是 $\frac{1}{6}$。
### 步骤1:计算单次掷骰子的期望值和方差
期望值 $E(X_i)$ 为:
\[
E(X_i) = \frac{1+2+3+4+5+6}{6} = \frac{21}{6} = 3.5
\]
方差 $Var(X_i)$ 为:
\[
Var(X_i) = E(X_i^2) - [E(X_i)]^2
\]
首先计算 $E(X_i^2)$:
\[
E(X_i^2) = \frac{1^2 + 2^2 + 3^2 + 4^2 + 5^2 + 6^2}{6} = \frac{1 + 4 + 9 + 16 + 25 + 36}{6} = \frac{91}{6}
\]
然后计算方差:
\[
Var(X_i) = \frac{91}{6} - (3.5)^2 = \frac{91}{6} - \frac{49}{4} = \frac{182}{12} - \frac{147}{12} = \frac{35}{12}
\]
### 步骤2:计算105次掷骰子的总和的期望值和方差
设 $S$ 为105次掷骰子的总和,即 $S = X_1 + X_2 + \cdots + X_{105}$。根据期望值和方差的性质,我们有:
\[
E(S) = 105 \cdot E(X_i) = 105 \cdot 3.5 = 367.5
\]
\[
Var(S) = 105 \cdot Var(X_i) = 105 \cdot \frac{35}{12} = \frac{3675}{12} = 306.25
\]
标准差 $\sigma_S$ 为:
\[
\sigma_S = \sqrt{Var(S)} = \sqrt{306.25} = 17.5
\]
### 步骤3:使用中心极限定理近似总和的分布
根据中心极限定理,总和 $S$ 近似服从正态分布 $N(367.5, 17.5^2)$。我们 want to find $P(S > 400)$。将这个概率转换为标准正态分布的概率,我们有:
\[
P(S > 400) = P\left(\frac{S - 367.5}{17.5} > \frac{400 - 367.5}{17.5}\right) = P\left(Z > \frac{32.5}{17.5}\right) = P\left(Z > \frac{65}{35}\right) = P\left(Z > \frac{13}{7}\right)
\]
其中 $Z$ 是标准正态随机变量。根据标准正态分布的性质,我们有:
\[
P\left(Z > \frac{13}{7}\right) = 1 - P\left(Z \leq \frac{13}{7}\right) = 1 - \Phi\left(\frac{13}{7}\right)
\]
### 步骤4:给出最终答案
因此,点数之和超过400的概率为:
\[
\boxed{A}
\]
解析
考查要点:本题主要考查中心极限定理的应用,以及如何将实际问题转化为标准正态分布的概率计算。
解题核心思路:
- 确定单次试验的期望与方差:计算单次掷骰子的期望值和方差。
- 总和的期望与方差:利用独立同分布随机变量和的性质,计算105次试验的总和的期望与方差。
- 正态近似:通过中心极限定理,将总和的分布近似为正态分布。
- 标准化与概率计算:将问题转化为标准正态分布的概率,利用标准正态分布函数$\Phi$表示结果。
破题关键点:
- 正确计算期望与方差:注意方差的计算需先求$E(X^2)$。
- 标准化过程:明确总和超过400对应的标准正态变量值,避免符号错误。
步骤1:计算单次掷骰子的期望与方差
- 期望值:
$E(X_i) = \frac{1+2+3+4+5+6}{6} = 3.5$ - 方差:
先计算$E(X_i^2)$:
$E(X_i^2) = \frac{1^2 + 2^2 + \cdots + 6^2}{6} = \frac{91}{6}$
再求方差:
$\text{Var}(X_i) = E(X_i^2) - [E(X_i)]^2 = \frac{91}{6} - 3.5^2 = \frac{35}{12}$
步骤2:计算总和的期望与方差
- 总和的期望:
$E(S) = 105 \cdot 3.5 = 367.5$ - 总和的方差:
$\text{Var}(S) = 105 \cdot \frac{35}{12} = 306.25$ - 标准差:
$\sigma_S = \sqrt{306.25} = 17.5$
步骤3:标准化与概率计算
- 标准化:
$P(S > 400) = P\left(\frac{S - 367.5}{17.5} > \frac{400 - 367.5}{17.5}\right) = P\left(Z > \frac{13}{7}\right)$ - 概率表达式:
$P\left(Z > \frac{13}{7}\right) = 1 - \Phi\left(\frac{13}{7}\right)$