计算机在进行加法计算时,把每个加数取为最接近它的整数来计算,设所有取整误差是相 互独立的随机变量,并且都在区间[0.5,0.5 ]上服从均匀分布,求1200个数相加时误差总和的绝对值小于10的概率。已知: (1)=0.8413; (2)=0.9772。
计算机在进行加法计算时,把每个加数取为最接近它的整数来计算,设所有取整误差
是相 互独立的随机变量,并且都在区间[0.5,0.5 ]上服从均匀分布,求1200个数相加
时误差总和的绝对值小于10的概率。已知: (1)=0.8413; (2)=0.9772。
题目解答
答案
解:设 1 , 2 ,
, n 表示取整误差, 因它们在 [
0.5 ,0.5 ] 上服从均匀分布 ,
故 有 
根据 独立同分布的中心极限定理 得

=
( 1 ) 
(
1 ) = 2
( 1 )
1 = 2 0.8413
1 = 0.6826
解析
考查要点:本题主要考查独立同分布中心极限定理的应用,以及均匀分布的期望与方差计算。需要将实际问题转化为正态分布的概率计算。
解题核心思路:
- 确定单个误差的分布参数:每个误差服从区间$[-0.5, 0.5]$上的均匀分布,计算其期望和方差。
- 应用中心极限定理:当加数个数$n=1200$较大时,误差总和近似服从正态分布。
- 标准化处理:将误差总和的绝对值小于10的概率转化为标准正态分布下的概率,利用已知的$\Phi(1)=0.8413$求解。
破题关键点:
- 均匀分布的期望与方差公式:$E(X)=\frac{a+b}{2}$,$D(X)=\frac{(b-a)^2}{12}$。
- 中心极限定理的应用条件:独立同分布且$n$较大。
- 标准正态分布的对称性:利用$\Phi(1)$计算$P(|Z|<1)$。
步骤1:计算单个误差的期望与方差
每个误差$X_i$服从区间$[-0.5, 0.5]$上的均匀分布:
- 期望:
$E(X_i) = \frac{-0.5 + 0.5}{2} = 0$ - 方差:
$D(X_i) = \frac{(0.5 - (-0.5))^2}{12} = \frac{1}{12}$
步骤2:确定误差总和的分布
设误差总和为$S_{1200} = X_1 + X_2 + \cdots + X_{1200}$,根据中心极限定理:
- 期望:
$E(S_{1200}) = 1200 \cdot E(X_i) = 0$ - 方差:
$D(S_{1200}) = 1200 \cdot D(X_i) = 1200 \cdot \frac{1}{12} = 100$ - 标准差:
$\sigma_{S_{1200}} = \sqrt{100} = 10$
因此,$S_{1200}$近似服从$N(0, 10^2)$。
步骤3:标准化并计算概率
要求$P(|S_{1200}| < 10)$,即:
$P\left(-10 < S_{1200} < 10\right) = P\left(-1 < \frac{S_{1200} - 0}{10} < 1\right)$
令$Z = \frac{S_{1200}}{10}$,则$Z \sim N(0, 1)$,所求概率为:
$P(-1 < Z < 1) = \Phi(1) - \Phi(-1) = \Phi(1) - (1 - \Phi(1)) = 2\Phi(1) - 1$
代入$\Phi(1) = 0.8413$:
$2 \times 0.8413 - 1 = 0.6826$