题目
1.设随机变量X在区间(2,5)上服从均匀分布。现对X进行三次独立观测,求至少有两次观测值大于3的概率。
1.设随机变量X在区间(2,5)上服从均匀分布。现对X进行三次独立观测,求至少有两次观测值大于3的概率。
题目解答
答案
设随机变量 $X$ 在区间 $(2,5)$ 上服从均匀分布,其概率密度函数为 $f(x) = \frac{1}{3}$(当 $2 < x < 5$)。
事件 $A$ 表示一次观测值大于3,即 $P(A) = P(X > 3) = \int_{3}^{5} \frac{1}{3} \, dx = \frac{2}{3}$。
对 $X$ 进行三次独立观测,设 $Y$ 表示事件 $A$ 发生的次数,则 $Y \sim B(3, \frac{2}{3})$。
求至少有两次观测值大于3的概率,即 $P(Y \geq 2) = P(Y = 2) + P(Y = 3)$。
计算得:
\[
P(Y = 2) = \binom{3}{2} \left(\frac{2}{3}\right)^2 \left(\frac{1}{3}\right) = 3 \times \frac{4}{9} \times \frac{1}{3} = \frac{4}{9}
\]
\[
P(Y = 3) = \binom{3}{3} \left(\frac{2}{3}\right)^3 = \frac{8}{27}
\]
因此,
\[
P(Y \geq 2) = \frac{4}{9} + \frac{8}{27} = \frac{12}{27} + \frac{8}{27} = \frac{20}{27}
\]
**答案:** $\boxed{\frac{20}{27}}$
解析
考查要点:本题主要考查均匀分布的概率计算和二项分布的应用,需要结合独立事件的概率进行综合分析。
解题核心思路:
- 确定单次观测值大于3的概率:利用均匀分布的性质,计算区间长度比例。
- 建立二项分布模型:三次独立观测中,将“观测值大于3”视为成功事件,服从二项分布。
- 计算至少两次成功的概率:通过二项分布的概率公式,分别计算恰好2次和3次成功的概率并求和。
破题关键点:
- 均匀分布的概率密度函数:明确区间长度与概率的关系。
- 独立重复试验的二项分布建模:正确识别试验次数和成功概率。
- 分类讨论“至少两次成功”:拆分为两种互斥事件分别计算后相加。
步骤1:计算单次观测值大于3的概率
随机变量$X$在区间$(2,5)$上服从均匀分布,概率密度函数为:
$f(x) = \begin{cases} \frac{1}{3}, & 2 < x < 5, \\0, & \text{其他}.\end{cases}$
事件$A$表示“观测值大于3”,其概率为:
$P(A) = P(X > 3) = \int_{3}^{5} \frac{1}{3} \, dx = \frac{2}{3}.$
步骤2:建立二项分布模型
三次独立观测中,设$Y$为事件$A$发生的次数,则$Y$服从参数为$n=3$、成功概率$p=\frac{2}{3}$的二项分布:
$Y \sim B\left(3, \frac{2}{3}\right).$
步骤3:计算至少两次成功的概率
“至少两次观测值大于3”即$P(Y \geq 2)$,需计算$P(Y=2)$和$P(Y=3)$并求和:
- 恰好2次成功:
$P(Y=2) = \binom{3}{2} \left(\frac{2}{3}\right)^2 \left(\frac{1}{3}\right)^{1} = 3 \times \frac{4}{9} \times \frac{1}{3} = \frac{4}{9}.$ - 恰好3次成功:
$P(Y=3) = \binom{3}{3} \left(\frac{2}{3}\right)^3 = 1 \times \frac{8}{27} = \frac{8}{27}.$ - 总概率:
$P(Y \geq 2) = \frac{4}{9} + \frac{8}{27} = \frac{12}{27} + \frac{8}{27} = \frac{20}{27}.$