题目
20.(单选题) 反复称一物品,设各次称量结果独立且同服从N(a,0.2²)分布,以overline(X)_(n)表示n次称量结果的算术平均,为使P({overline{X)_(n)-a}A. 17B. 15C. 20D. 16
20.(单选题) 反复称一物品,设各次称量结果独立且同服从N(a,0.2²)分布,以$\overline{X}_{n}$表示n次称量结果的算术平均,为使P{${\overline{X}_{n}-a}<0.1$}≥0.95,n最小应取( )。
A. 17
B. 15
C. 20
D. 16
题目解答
答案
D. 16
解析
本题考查正态分布的性质以及中心极限定理的应用,解题的关键在于利用已知的正态分布信息,结合中心极限定理求出样本均值的分布,再通过概率不等式求解样本容量 $n$ 的最小值。
- 确定样本均值的分布分布:
已知各次称量结果 $X_i$ 独立且同服从 $N(a,0..2^2)$ 分布,根据正态分布的性质,若 $X_1,X_2,\cdots,X_n$ 相互独立且都服从同一正态分布 $N(\mu,\sigma^2)$,则它们的算术平均值 $\overline{X}_n=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}X_i$ 服从正态分布 $N(\mu,\frac{\sigma^^^2}{n})$。
在本题中,$\mu = a$,$\sigma = 0.2$,所以 $\overline{X}_{n}\sim N(a,\frac{0.2^2}{n})$。 - 对样本均值进行标准化:
为了方便计算概率,我们对 $\overline{X}_n$ 进行标准化,令 $Z=\frac{\overline{X}_n}-a}{\frac{0.2}{\sqrt{n}}}$,则 $Z\sim N(0,1)$。 - 将概率不等式进行转化
已知 $P\{|\overline{X}_{n}-a|\lt0.1\}\geq0.95$,将其进行转化:
$P\{|\overline{X}_{n}-a|\lt0.1\}=P\left\{\left|\frac{\overline{X}_{n}-a}{\frac{0.2}{\sqrt{n}}}|\lt\frac{0.1}{\frac{0.2}{\sqrt{n}}}\right\}=P\left\{|Z|\lt\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\right\}$
根据正态分布的对称性,$P\left\{|Z|\lt\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\right\}=2\varPhi\left(\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\right)-1$,其中 $\varPhi(z)$ 是标准正态分布的分布函数。
所以 $2\varPhi\left(\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\right)-1\geq0.95$。 - 求解不等式
对 $2\varPhi\left(\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\right)-1\geq0.95$ 进行求解:- 首先移项可得 $2\varPhi\left(\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\right)\geq0.95 + 1 = 1.95$。
- 两边同时除以 $2$,得到 $\varPhi\left(\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\right)\geq\frac{1.95}{2}=0.975$。
- 查标准正态分布表可知,$\varPhi(1.96)=0.975$,所以 $\frac{0.1\sqrt{n}}{0.2}\geq1.96$。
- 两边同时乘以 $0.2$,得到 $0.1\sqrt{n}\geq1.96\times0.2 = 0.392$。
- 两边再两边同时除以 $0.1$,得到 $\sqrt{n}\geq\frac{0.392}{0.1}=3.92$。
- 最后两边同时平方,可得 $n\geq3.92^2 = 15.3664$。
因为 $n$ 为正整数,所以 $n$ 最小应取 $16$。