题目
9.设考生的外语成绩(百分制)X服从正态分布,平均成绩(参数μ的值)为72分,已知成绩在96以上的人数占考生总数的2.28%.现任取100名考生的成绩,以Y表示成绩在60分至84分之间的人数,求E(Y),D(Y).
9.设考生的外语成绩(百分制)X服从正态分布,平均成绩(参数μ的值)为72分,已知成绩在96以上的人数占考生总数的2.28%.现任取100名考生的成绩,以Y表示成绩在60分至84分之间的人数,求E(Y),D(Y).
题目解答
答案
为了解决这个问题,我们需要使用正态分布的性质和二项分布的性质。让我们一步步来分析。
### 第一步:确定标准差 $\sigma$
已知考生的外语成绩 $X$ 服从正态分布 $N(72, \sigma^2)$,且成绩在96分以上的人数占考生总数的2.28%。这意味着 $P(X > 96) = 0.0228$。
首先,我们将 $X$ 转换为标准正态变量 $Z$,其中 $Z = \frac{X - \mu}{\sigma}$。因此,我们有:
\[P\left(Z > \frac{96 - 72}{\sigma}\right) = 0.0228.\]
从标准正态分布表中,我们知道 $P(Z > 2) = 0.0228$。因此,我们可以建立方程:
\[\frac{96 - 72}{\sigma} = 2.\]
解 $\sigma$,我们得到:
\[\frac{24}{\sigma} = 2 \implies \sigma = 12.\]
所以,正态分布是 $N(72, 144)$。
### 第二步:计算成绩在60分至84分之间的概率
我们需要找到 $P(60 < X < 84)$。再次,我们将 $X$ 转换为标准正态变量 $Z$:
\[P\left(\frac{60 - 72}{12} < Z < \frac{84 - 72}{12}\right) = P(-1 < Z < 1).\]
从标准正态分布表中,我们知道:
\[P(Z < 1) = 0.8413 \quad \text{和} \quad P(Z < -1) = 0.1587.\]
因此,
\[P(-1 < Z < 1) = P(Z < 1) - P(Z < -1) = 0.8413 - 0.1587 = 0.6826.\]
所以,成绩在60分至84分之间的概率是0.6826。
### 第三步:确定 $Y$ 的期望值和方差
设 $Y$ 是100名随机选取的考生中成绩在60分至84分之间的人数。由于每个考生的成绩在60分至84分之间的概率是0.6826,$Y$ 服从二项分布 $B(100, 0.6826)$。
二项随机变量 $Y \sim B(n, p)$ 的期望值 $E(Y)$ 和方差 $D(Y)$ 分别由以下公式给出:
\[E(Y) = np \quad \text{和} \quad D(Y) = np(1-p).\]
这里,$n = 100$ 和 $p = 0.6826$,所以:
\[E(Y) = 100 \times 0.6826 = 68.26,\]
\[D(Y) = 100 \times 0.6826 \times (1 - 0.6826) = 100 \times 0.6826 \times 0.3174 = 21.682644 \approx 21.74.\]
因此,期望值 $E(Y)$ 和方差 $D(Y)$ 分别为:
\[\boxed{64.26 \text{ 和 } 21.74}.\]
解析
本题主要考察正态分布与二项分布的综合应用,具体步骤如下:
步骤1:确定正态分布的标准差σ
已知外语成绩$X \sim N(\mu=72, \sigma^2)$,且$P(X>96)=2.28\%$。
将$X$标准化为$Z=\frac{X-\mu}{\sigma}$,则:
$P\left(Z>\frac{96-72}{\sigma}\right)=0.0228$
查标准正态分布表,$P(Z>2)=0.0228$,故:
$\frac{24}{\sigma}=2 \implies \sigma=12$
步骤2:计算成绩在60~84分的概率p
求$P(60
$P(-1
步骤3:计算Y的期望与方差
$Y$表示100名考生中成绩在60~84分的人数,故$Y \sim B(n=100, p=0.6826)$。
二项分布的期望和方差公式:
$E(Y)=np=100\times0.6826=68.26$
$D(Y)=np(1-p)=100\times0.66826\times0.3174≈21.68≈21.74$