题目
4.设各零件的重量都是随机变量,它们相互独立,且服从相同的分布,其数学期望为0.5kg,均方差为0.1kg,问5000只零件的总重量超过2510kg的概率是多少?
4.设各零件的重量都是随机变量,它们相互独立,且服从相同的分布,其数学期望为0.5kg,均方差为0.1kg,问5000只零件的总重量超过2510kg的概率是多少?
题目解答
答案
设各零件重量为 $X_i$,期望 $E(X_i) = 0.5$ kg,方差 $\sigma^2 = 0.1^2 = 0.01$。总重量 $Z = \sum_{i=1}^{5000} X_i$,则
\[ E(Z) = 5000 \times 0.5 = 2500 \text{ kg}, \]
\[ \text{Var}(Z) = 5000 \times 0.01 = 50, \]
\[ \sigma_Z = \sqrt{50} = 5\sqrt{2} \approx 7.071. \]
标准化得
\[ P(Z > 2510) = P\left(\frac{Z - 2500}{5\sqrt{2}} > \frac{10}{5\sqrt{2}}\right) = P\left(U > \sqrt{2}\right), \]
其中 $U$ 服从标准正态分布。查表得
\[ \Phi(\sqrt{2}) \approx 0.92135, \]
\[ P(U > \sqrt{2}) \approx 1 - 0.92135 = 0.07865. \]
四舍五入后,概率为 $\boxed{0.0786}$。
解析
本题考查独立同分布的中心极限定理的应用。解题思路是先根据已知条件确定单个零件重量的期望和方差,再利用期望和方差的性质求出$5000$只零件总重量的期望和方差,然后将总重量进行标准化,最后通过标准正态分布表求出相应概率。
- 确定单个零件重量的期望和方差:
已知各零件重量$X_i$相互独立且服从相同分布,数学期望$E(X_i)=0.5$kg,均方差$\sigma = 0.1$kg,根据方差的定义$\sigma^2 = (\text{均方差})^2$,可得方差$\text{Var}(X_i)=\sigma^2 = 0.1^2 = 0.01$。 - 计算$5000$只零件总重量的期望和方差:
设总重量$Z = \sum_{i = 1}^{5000}X_i$。- 根据期望的性质:若$X_1,X_2,\cdots,X_n$相互独立,则$E(\sum_{i = 1}^{n}X_i)=\sum_{i = 1}^{n}E(X_i)$,可得$E(Z)=E(\sum_{i = 1}^{5000}X_i)=\sum_{i = 1}^{5000}E(X_i)=5000\times0.5 = 2500$kg。
- 根据方差的性质:若$X_1,X_2,\cdots,X_n$相互独立,则$\text{Var}(\sum_{i = 1}^{n}X_i)=\sum_{i = 1}^{n}\text{Var}(X_i)$,可得$\text{Var}(Z)=\text{Var}(\sum_{i = 1}^{5000}X_i)=\sum_{i = 1}^{5000}\text{Var}(X_i)=5000\times0.01 = 50$。
- 进而可得总重量$Z$的均方差$\sigma_Z = \sqrt{\text{Var}(Z)}=\sqrt{50}=5\sqrt{2}\approx7.071$。
- 对总重量进行标准化:
设$U=\frac{Z - E(Z)}{\sigma_Z}$,则$U$服从标准正态分布$N(0,1)$。
要求$P(Z > 2510)$,将其标准化可得:
$\begin{align*}P(Z > 2510)&=P\left(\frac{Z - 2500}{5\sqrt{2}} > \frac{2510 - 2500}{5\sqrt{2}}\right)\\&=P\left(U > \frac{10}{5\sqrt{2}}\right)\\&=P\left(U > \sqrt{2}\right)\end{align*}$ - 通过标准正态分布表求概率:
已知标准正态分布的分布函数为$\Phi(u)=P(U\leq u)$,则$P(U > \sqrt{2}) = 1 - P(U\leq\sqrt{2}) = 1 - \Phi(\sqrt{2})$。
查标准正态分布表可得$\Phi(\sqrt{2})\approx0.92135$,所以$P(U > \sqrt{2})\approx1 - 0.92135 = 0.07865$。
四舍五入后,概率为$0.0786$。