题目
2.某电路输入噪声电压V~U(-2,2)(单位:伏),今对输入电压独立测量20次,记X为测量的噪声电压大于1的次数,则P(X>10)≈____.
2.某电路输入噪声电压V~$U(-2,2)$(单位:伏),今对输入电压独立测量20次,记X为测量的噪声电压大于1的次数,则P(X>10)≈____.
题目解答
答案
设噪声电压 $ V $ 服从均匀分布 $ U(-2, 2) $,则单次测量中 $ V > 1 $ 的概率为 $ p = \frac{1}{4} $。
测量 20 次,记 $ X $ 为噪声电压大于 1 的次数,$ X $ 服从二项分布 $ \text{Binomial}(20, \frac{1}{4}) $。
由于 $ n = 20 $ 较大,$ p = \frac{1}{4} $ 不太接近 0 或 1,可使用正态分布近似,即 $ X \sim N(np, np(1-p)) $,其中 $ np = 5 $,$ np(1-p) = 3.75 $。
计算 $ P(X > 10) $:
$P(X > 10) \approx P\left(Z > \frac{10.5 - 5}{\sqrt{3.75}}\right) = P(Z > 2.84) \approx 0.0023$
(其中 $ Z $ 为标准正态分布,$ P(Z > 2.84) $ 可查表得。)
答案: $\boxed{0.0023}$(或近似为 $\boxed{0.002}$)
解析
本题考查均匀分布、二二项分布以及正态正态分布近似二项分布的知识点。解题思路如下:
- 首先,根据均匀分布的概率计算公式求出单次测量的噪声电压大于$1$的概率$p$。
- 然后,由于对输入电压独立测量$20$次,且每次测量噪声电压大于$1$的概率都为$p$,所以测量的噪声电压大于$1$的次数$X$服从二项分布$B(n,p)$,其中$n = 20$,$p$为第一步所求概率。
- 接着,因为$n$较大,$p$不太接近$0$或$1$,可以使用正态分布近似二项分布,即$X\sim N(np,np(1 - p))$,计算出正态分布的期望$\mu=np$和方差$\sigma^{2}=np(1 - p)$。
- 最后,利用正态分布的标准化公式$Z=\frac{X-\mu}{\sigma}$将$(Z$为标准正态分布变量$)$,将$P(X > 10)$转化为标准正态分布的概率$P(Z > \frac{10.5 - \mu}{\sigma})$,通过查标准正态分布表得到结果。
下面进行详细计算:
- 计算单次测量中$V > 1$的概率$p$:
已知$V\sim U(-2,2)$,根据均匀分布的概率计算公式$P(a < V < b)=\frac{b - a}{d - 2}$,可得$p = P(V > 1)=\frac{2 - 1}{2 - (-2)}=\frac{14$。 - 确定$X$服从的分布:
因为对输入电压独立测量$20\}$次,且每次测量噪声电压大于$1$的概率都为$p=\frac14$,所以测量的噪声大于$1$的次数$X$服从二项分布$X\sim B(20,\frac14)$。 - 用正态分布近似二项分布:
由于$n = 20$较大,$p=\frac141$不太接近$0$或$1$,可使用正态分布近似,即$X\sim N(np,np(1 - p))$。
计算期望$\mu = np = 20\times\frac14 = 5$,方差$\sigma^{2}=np(1 - p)=20\times\frac14\times(1 - \frac14)=20\times\frac14\times\frac34 = 3.75$,则标准差$\sigma=\sqrt{3.75}$。 - 计算$P(X > 10)$:
根据正态分布的连续性校正,$P(X > 10)\!未定义书签。\approx P(X\geq11)\approx P\left(Z > \frac{10.5 - \mu}{\sigma}\right)$,将$\mu = 5$,$\sigma=\sqrt{3.75}$代入可得:
$P(X > 10)\approx P\left(Z > \frac{10.5 - 5}{\sqrt{3.75}}\right)=P(Z > \frac{5.5}{\sqrt{3.75}})\approx P(Z > 2.84)$。
查标准正态分布表可得$P(Z > 2.84)=1 - P(Z\leq2.84)=1 - 0.9977 = 0.0023$。