题目
4.设随机变量X~U(2,5),现对X进行3次独立观测,试求至少2次观测值大于3的概率.
4.设随机变量X~U(2,5),现对X进行3次独立观测,试求至少2次观测值大于3的概率.
题目解答
答案
设随机变量 $X$ 服从均匀分布 $U(2, 5)$,则 $P(X > 3) = \frac{5-3}{5-2} = \frac{2}{3}$。
进行3次独立观测,设 $Y$ 表示大于3的次数,$Y$ 服从二项分布 $B(3, \frac{2}{3})$。
求 $P(Y \geq 2)$:
\[
P(Y \geq 2) = P(Y=2) + P(Y=3) = \binom{3}{2} \left(\frac{2}{3}\right)^2 \left(\frac{1}{3}\right) + \binom{3}{3} \left(\frac{2}{3}\right)^3 = 3 \cdot \frac{4}{9} \cdot \frac{1}{3} + \frac{8}{27} = \frac{12}{27} + \frac{8}{27} = \frac{20}{27}.
\]
或者,
\[
P(Y \geq 2) = 1 - P(Y \leq 1) = 1 - \left[\binom{3}{0} \left(\frac{2}{3}\right)^0 \left(\frac{1}{3}\right)^3 + \binom{3}{1} \left(\frac{2}{3}\right) \left(\frac{1}{3}\right)^2\right] = 1 - \left(\frac{1}{27} + \frac{6}{27}\right) = \frac{20}{27}.
\]
**答案:** $\boxed{\frac{20}{27}}$
解析
本题主要考查均匀分布和二项分布的相关知识。解题思路如下:
- 首先,根据均匀分布的概率计算公式求出一次观测中随机变量 $X$ 的观测值大于 $3$ 的概率。
- 然后,由于进行了 $3$ 次独立观测,可将每次观测看作一次独立的伯努利试验,大于 $3$ 记为“成功”,不大于 $3$ 记为“失败”,那么大于 $3$ 的次数 $Y$ 服从二项分布。
- 最后,根据二项分布的概率公式计算至少 $2$ 次观测值大于 $3$ 的概率,即 $P(Y\geq2)=PP(Y = 2)+P(Y = 3)$ 。
下面进行详细的解答:
- 计算一次观测中 $X$ 的观测值大于 $3$ 的概率:
已知随机变量 $X\sim U(2,5)$,对于均匀分布 $U(a,b)$,其概率密度函数为 $f(x)=\begin{cases}\frac{1}{b - a},&a\lt x\lt b\\0,&\text{其他}\end{cases}$,则 $X$ 的概率密度函数为 $f(x)=\begin{cases}\frac{1}{5 - 2}=\frac{1}{3},&2\lt x\lt 5\\0,&\text{其他}\end{cases}$。
根据概率的计算公式 $P(X\gt3)=\int_{3}^{+\infty}f(x)dx$,结合 $f(x)$ 的表达式可得:
$P(X\gt3)=\int_{3}^{5}\frac{1}{3}dx=\frac{1}{3}x\big|_{3}^{5}=\frac{1}{3}\times(5 - 3)=\frac{2}{3}$。 - 确定大于 $3$ 的次数 $Y$ 服从的分布:
进行 $3$ 次独立观测,每次观测中 $X$ 的观测值大于 $3$ 的概率为 $p = \frac{2}{3}$,不大于 $3$ 的概率为 $1 - p = 1 - \frac{2}{3}=\frac{1}{3}$。
设 $Y$ 表示 $3$ 次观测中大于 $3$ 的次数,则 $Y\sim B(3,\frac{2}{3})$,其中 $B(n,p)$ 表示参数为 $n$ 和 $p$ 的二项分布,二项分布的概率公式为 $P(Y = k)=\binom{n}{k}p^{k}(1 - p)^{n - k}$,$k = 0,1,\cdots,n$,$\binom{n}{k}=\frac{n!}{k!(n - k)!}$。 - 计算至少 $2$ 次观测值大于 $3$ 的概率:
至少 $2$ 次观测值大于 $3$ 即 $Y\geq2$,那么 $P(Y\geq2)=P(Y = 2)+P(Y = 3)$。- 计算 $P(Y = 2)$:
将 $n = 3$,$k = 2$,$p = \frac{2}{3}$ 代入二项分布的概率公式可得:
$P(Y = 2)=\binom{3}{2}(\frac{2}{3})^{2}(\frac{1}{3})^{3 - 2}=\frac{3!}{2!(3 - 2)!}\times\frac{4}{9}\times\frac{1}{3}=3\times\frac{4}{9}\times\frac{1}{3}=\frac{12}{27}$。 - 计算 $P(Y = 3)$:
将 $n = 3$,$k = 3$,$p = \frac{2}{3}$ 代入二项分布的概率公式可得:
$P(Y = 3)=\binom{3}{3}(\frac{2}{3})^{3}(\frac{1}{3})^{3 - 3}=\frac{3!}{3!(3 - 3)!}\times\frac{8}{27}\times1 = 1\times\frac{8}{27}\times1=\frac{8}{27}$。 - 计算 $P(Y\geq2)$:
$P(Y\geq2)=P(Y = 2)+P(Y = 3)=\frac{12}{27}+\frac{8}{27}=\frac{20}{27}$。
- 计算 $P(Y = 2)$: