题目
2.10 设某地区每天的用电量X(单位:百万千瓦·时)是一连续型随机变量,概率密度函数为f(x)=}12x(1-x)^2,&0<1,0,&其他.<|im_end|>假设该地区每天的供电量仅有80万千瓦·时,求该地区每天供电量不足的概率.若每天的供电量上升到90万千瓦·时,每天供电量不足的概率是多少?
2.10 设某地区每天的用电量X(单位:百万千瓦·时)是一连续型随机变量,概率密度函数为
$f(x)=\begin{cases}12x(1-x)^{2},&0<1,\\0,&其他.\end{cases}$
<|im_end|>
假设该地区每天的供电量仅有80万千瓦·时,求该地区每天供电量不足的概率.若每天的供电量上升到90万千瓦·时,每天供电量不足的概率是多少?
题目解答
答案
设用电量 $X$ 的概率密度函数为:
\[
f(x) = \begin{cases}
12x(1-x)^2, & 0 < x < 1, \\
0, & \text{其他}.
\end{cases}
\]
单位为百万千瓦·时。
1. **当供电量为80万千瓦·时(即 $x > 0.8$)时:**
供电量不足的概率为 $P(X > 0.8)$。
\[
P(X > 0.8) = \int_{0.8}^{1} 12x(1-x)^2 \, dx.
\]
计算积分:
\[
\int 12x(1-x)^2 \, dx = \int 12x(1 - 2x + x^2) \, dx = \int (12x - 24x^2 + 12x^3) \, dx = 6x^2 - 8x^3 + 3x^4.
\]
代入上下限:
\[
P(X > 0.8) = \left[ 6x^2 - 8x^3 + 3x^4 \right]_{0.8}^{1} = (6 - 8 + 3) - (6 \times 0.64 - 8 \times 0.512 + 3 \times 0.4096) = 1 - (3.84 - 4.096 + 1.2288) = 1 - 1.0 - 0.0272 = 0.0272.
\]
(注:此处应为 $1 - (3.84 - 4.096 + 1.2288) = 1 - 1.0 - 0.0272 = 0.0272$,但实际计算中发现 $3.84 - 4.096 + 1.2288 = 0.9728$,故 $P(X > 0.8) = 1 - 0.9728 = 0.0272$。)
2. **当供电量为90万千瓦·时(即 $x > 0.9$)时:**
供电量不足的概率为 $P(X > 0.9)$。
\[
P(X > 0.9) = \int_{0.9}^{1} 12x(1-x)^2 \, dx.
\]
同样计算积分:
\[
P(X > 0.9) = \left[ 6x^2 - 8x^3 + 3x^4 \right]_{0.9}^{1} = (6 - 8 + 3) - (6 \times 0.81 - 8 \times 0.729 + 3 \times 0.6561) = 1 - (4.86 - 5.832 + 1.9683) = 1 - 0.9963 = 0.0037.
\]
**结论:**
- 当供电量为80万千瓦·时,供电量不足的概率为 $0.0272$。
- 当供电量为90万千瓦·时,供电量不足的概率为 $0.0037$。
最终答案:$0.0272$,$0.0037$。
解析
本题考查连续型随机变量的概率计算,解题思路是根据已知的概率密度函数,利用定积分来计算供电量不足的概率。具体步骤如下:
- 明确供电量不足的条件,即用电量 $X$ 大于供电量。由于题目中供电量的单位是万千瓦·时,而概率密度函数中 $X$ 的单位是百万千瓦·时,所以需要先将供电量的单位进行换算。
- 根据概率密度函数的性质,对于连续型随机变量 $X$,$P(a < X < b)=\int_{a}^{b}f(x)dx$,这里我们要求 $P(X > c)$($c$ 为供电量对应的 $X$ 值),则 $P(X > c)=\int_{c}^{+\infty}f(x)dx$,结合本题概率密度函数 $f(x)$ 的定义域,实际计算为 $P(X > c)=\int_{c}^{1}f(x)dx$。
- 对概率密度函数 $f(x)=12x(1 - x)^2$ 进行积分运算,先将 $(1 - x)^2$ 展开,再分别对各项积分,得到原函数。
- 将积分上下限代入原函数,计算出定积分的值,即为供电量不足的概率。
当供电量为 80 万千瓦·时(即 $x > 0.8$)时:
- 供电量不足的概率为 $P(X > 0.8)$,根据上述思路可得:
$\begin{align*}P(X > 0.8) &= \int_{0.8}^{1} 12x(1 - x)^2 dx\\&= \int_{0.8}^{1} 12x(1 - 2x + x^2) dx\\&= \int_{0.8}^{1} (12x - 24x^2 + 12x^3) dx\\&= \left[ 6x^2 - 8x^3 + 3x^4 \right]_{0.8}^{1}\\&= (6\times1^2 - 8\times1^3 + 3\times1^4) - (6\times0.8^2 - 8\times0.8^3 + 3\times0.8^4)\\&= (6 - 8 + 3) - (6\times0.64 - 8\times0.512 + 3\times0.4096)\\&= 1 - (3.84 - 4.096 + 1.2288)\\&= 1 - 0.9728\\&= 0.0272\end{align*}$
当供电量为 90 万千瓦·时(即 $x > 0.9$)时:
- 供电量不足的概率为 $P(X > 0.9)$,同理可得:
$\begin{align*}P(X > 0.9) &= \int_{0.9}^{1} 12x(1 - x)^2 dx\\&= \int_{0.9}^{1} (12x - 24x^2 + 12x^3) dx\\&= \left[ 6x^2 - 8x^3 + 3x^4 \right]_{0.9}^{1}\\&= (6\times1^2 - 8\times1^3 + 3\times1^4) - (6\times0.9^2 - 8\times0.9^3 + 3\times0.9^4)\\&= (6 - 8 + 3) - (6\times0.81 - 8\times0.729 + 3\times0.6561)\\&= 1 - (4.86 - 5.832 + 1.9683)\\&= 1 - 0.9963\\&= 0.0037\end{align*}$