题目
一工厂生产的电子管的寿命X(以h计)服从参数为μ=160,σ的正态分布,如果要求P(120<X≤200)≥0.80,允许σ最大为多少?
一工厂生产的电子管的寿命X(以h计)服从参数为μ=160,σ的正态分布,如果要求P(120<X≤200)≥0.80,允许σ最大为多少?
题目解答
答案

解析
本题考查正态分布的性质以及标准正态分布的应用。解题的关键思路是先将一般正态分布转化为标准正态分布,然后利用标准正态分布的性质和已知概率条件建立不等式,最后通过查标准正态分布表求解出$\sigma$的最大值。
- 将一般正态分布转化为标准正态分布:
已知电子管的寿命$X$服从参数为$\mu = 160$,$\sigma$的正态分布,即$X\sim N(160,\sigma^{2})$。
根据正态分布的标准化公式$Z=\frac{X - \mu}{\sigma}$,其中$Z$服从标准正态分布$N(0,1)$,则$P(120\lt X\leqslant200)$可转化为:
$P(120\lt X\leqslant200)=P(\frac{120 - 160}{\sigma}\lt\frac{X - 160}{\sigma}\leqslant\frac{200 - 160}{\sigma})=P(-\frac{40}{\sigma}\lt Z\leqslant\frac{40}{\sigma})$
设$\varPhi(z)$为标准正态分布$N(0,1)$的分布函数,则$P(-\frac{40}{\sigma}\lt Z\leqslant\frac{40}{\sigma})=\varPhi(\frac{40}{\sigma})-\varPhi(-\frac{40}{\sigma})$。 - 利用标准正态分布的性质化简概率表达式:
对于标准正态分布,有$\varPhi(-z)=1 - \varPhi(z)$,所以$\varPhi(-\frac{40}{\sigma})=1 - \varPhi(\frac{40}{\sigma})$。
则$P(120\lt X\leqslant200)=\varPhi(\frac{40}{\sigma})-(1 - \varPhi(\frac{40}{\sigma})) = 2\varPhi(\frac{40}{\sigma}) - 1$。 - 根据已知概率条件建立不等式并求解$\varPhi(\frac{40}{\sigma})$:
已知$P(120\lt X\leqslant200)\geqslant0.80$,即$2\varPhi(\frac{40}{\sigma}) - 1\geqslant0.80$。
移项可得$2\varPhi(\frac{40}{\sigma})\geqslant0.80 + 1 = 1.80$,两边同时除以$2$,解得$\varPhi(\frac{40}{\sigma})\geqslant0.9$。 - 通过查标准正态分布表求解$\sigma$的最大值:
查标准正态分布表可知,当$\varPhi(z)=0.9$时,$z\approx1.281$,即$\frac{40}{\sigma}\geqslant1.281$。
两边同时乘以$\sigma$($\sigma\gt0$),得到$40\geqslant1.281\sigma$,再两边同时除以$1.281$,解得$\sigma\leqslant\frac{40}{1.281}\approx31.25$。