题目
22.已知一批零件的长度X(单位:cm)服从正态分布N(μ,σ²),从中随机抽取36个零件,得到长度的平均值为20,参数μ的置信水平为0.95的双侧置信区间的下限为18.6,求μ的置信水平为0.95的双侧置信区间.
22.已知一批零件的长度X(单位:cm)服从正态分布N(μ,σ²),从中随机抽取36个零件,得到长度的平均值为20,参数μ的置信水平为0.95的双侧置信区间的下限为18.6,求μ的置信水平为0.95的双侧置信区间.
题目解答
答案
已知样本均值 $\overline{X} = 20$,样本大小 $n = 36$,置信水平为0.95时,下限为18.6。
置信区间公式为:
\[
\overline{X} \pm z_{0.025} \frac{\sigma}{\sqrt{n}}
\]
其中,$z_{0.025} = 1.96$。
由下限公式:
\[
20 - 1.96 \frac{\sigma}{6} = 18.6 \implies \sigma = \frac{8.4}{1.96} = 4.3
\]
计算上限:
\[
20 + 1.96 \times \frac{4.3}{6} = 21.4
\]
或利用对称性,下限到均值距离为1.4,故上限为 $20 + 1.4 = 21.4$。
**答案:** $\boxed{[18.6, 21.4]}$
解析
本题考查正态分布下总体均值的双侧置信区间的计算。解题的关键在于利用已知的样本均值、样本容量、置信水平以及置信区间下限,先求出总体标准差$\sigma$,再根据置信区间公式计算出上限。
- 明确置信区间公式:
- 对于正态分布\\(N(\mu,\sigma^{2})\),当总体方差$\sigma^{2}$未知,但样本容量$n$较大(一般$n\geq30$)时,总体均值$\mu$的置信水平为$1 - \alpha$的双侧置信区间为$\overline{X}\pm z_{\frac{\alpha}{2}}\frac{\sigma}{\sqrt{n}}$,其中$\overline{X}$是样本均值,$z_{\frac{\alpha}{2}}$是标准正态分布的上$\frac{\alpha}{2}$分位点,$n$是样本容量,$\sigma$是总体标准差。
- 已知置信水平为$0.95$,则$1-\alpha = 0.95$,可得$\alpha=1 - 0.95 = 0.05$,那么$\frac{\alpha}{2}=0.025$。
- 查标准正态分布表可知$z_{0.025}=1.96$。
- 已知样本均值$\overline{X} = 20$,样本容量$n = 36$。
- 根据下限求出总体标准差$\sigma$:
- 置信区间的下限为$\overline{X}-z_{\frac{\alpha}{2}}\frac{\sigma}{\sqrt{n}}$,已知下限为$18.6$,则可列出方程$20-1.96\times\frac{\sigma}{\sqrt{36}} = 18.6$。
- 化简方程$20-1.96\times\frac{\sigma}{6}=18.6$,移项可得$1.96\times\frac{\sigma}{6}=20 - 18.6$。
- 即$1.96\times\frac{\sigma}{6}=1.4$,进一步得到$\sigma=\frac{1.4\times6}{1.96}$。
- 计算$\sigma=\frac{8.4}{1.96}=4.3$。
- 计算置信区间的上限:
- 方法一:根据置信区间公式,上限为$\overline{X}+z_{\frac{\alpha}{2}}\frac{\sigma}{\sqrt{n}}$,将$\overline{X} = 20$,$z_{0.025}=1.96$,$\sigma = 4.3$,$n = 36$代入可得:
- 上限$=20 + 1.96\times\frac{4.3}{\sqrt{36}}=20+1.96\times\frac{4.3}{6}$。
- 先计算$1.96\times\frac{4.3}{6}=\frac{8.428}{6}\approx1.4$,所以上限$=20 + 1.4=21.4$。
- 方法二:利用对称性,置信区间关于样本均值$\overline{X}$对称,下限到均值的距离为$20 - 18.6 = 1.4$,那么上限到均值的距离也为$1.4$,所以上限为$20+1.4 = 21.4$。
- 方法一:根据置信区间公式,上限为$\overline{X}+z_{\frac{\alpha}{2}}\frac{\sigma}{\sqrt{n}}$,将$\overline{X} = 20$,$z_{0.025}=1.96$,$\sigma = 4.3$,$n = 36$代入可得: