设随机变量 X 服从正态分布 N(mu_1, sigma_1^2),Y 服从正态分布 N(mu_2, sigma_2^2),且 P|X-mu_1|P|Y-mu_2|A. sigma_1B. sigma_1 >sigma_2;C. mu_1D. mu_1 >mu_2.
A. $\sigma_1< \sigma_2$;
B. $\sigma_1 >\sigma_2$;
C. $\mu_1< \mu_2$;
D. $\mu_1 >\mu_2$.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查正态分布的概率性质,特别是标准差对数据集中程度的影响。
解题核心思路:
正态分布中,标准差$\sigma$决定了数据的分散程度。标准差越小,数据越集中在均值附近,因此对应的概率$P\{|X-\mu|<1\}$会更大。题目中给出$P\{|X-\mu_1|<1\} > P\{|Y-\mu_2|<1\}$,说明$X$比$Y$更集中,即$\sigma_1 < \sigma_2$。均值$\mu$仅影响分布的位置,与概率大小无关。
破题关键点:
- 标准化转换:将原式转化为标准正态分布的概率表达式。
- 比较标准差:通过标准正态分布函数的单调性,推导出$\sigma_1$与$\sigma_2$的关系。
标准化处理:
对$X \sim N(\mu_1, \sigma_1^2)$,有
$P\{|X-\mu_1| < 1\} = P\left\{ -\frac{1}{\sigma_1} < \frac{X-\mu_1}{\sigma_1} < \frac{1}{\sigma_1} \right\} = \Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) - \Phi\left(-\frac{1}{\sigma_1}\right),$
其中$\Phi$为标准正态分布的分布函数。同理,
$P\{|Y-\mu_2| < 1\} = \Phi\left(\frac{1}{\sigma_2}\right) - \Phi\left(-\frac{1}{\sigma_2}\right).$
概率比较:
根据$\Phi(-x) = 1 - \Phi(x)$,可得
$P\{|X-\mu_1| < 1\} = 2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) - 1, \quad P\{|Y-\mu_2| < 1\} = 2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_2}\right) - 1.$
题目条件给出前者更大,即
$2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) - 1 > 2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_2}\right) - 1 \implies \Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) > \Phi\left(\frac{1}{\sigma_2}\right).$
由于$\Phi$是单调递增函数,故
$\frac{1}{\sigma_1} > \frac{1}{\sigma_2} \implies \sigma_1 < \sigma_2.$
均值无关性:
概率$P\{|X-\mu_1|<1\}$仅与标准差$\sigma_1$相关,与均值$\mu_1$无关,因此选项C、D错误。