题目
1 在总体N(7.6,4)中抽取容量为n的样本,如果要求样本均值落在(5.6,9.6)之间的概率不小于0.95,则n至少为多少?
1 在总体$N(7.6,4)$中抽取容量为n的样本,如果要求样本均值落在(5.6,9.6)之间的概率不小于0.95,则n至少为多少?
题目解答
答案
设总体 $X \sim N(7.6, 4)$,样本均值 $\overline{X} \sim N(7.6, \frac{4}{n})$。标准化后,
\[ P(5.6 < \overline{X} < 9.6) = P\left(-\sqrt{n} < Z < \sqrt{n}\right) = 2\Phi(\sqrt{n}) - 1 \geq 0.95. \]
解得 $\Phi(\sqrt{n}) \geq 0.975$,查表得 $\sqrt{n} \geq 1.96$,即 $n \geq 3.8416$。
取整数 $n$ 的最小值为 $\boxed{4}$。
解析
本题考查正态分布的性质以及样本均值的分布,解题的关键在于利用正态分布的标准化变换,将样本均值的区间概率转化为标准正态分布的概率,再通过查标准正态分布表求解样本容量 $n$。
- 确定样本均值的分布:
已知总体 $X \sim N(7.6, 4)$,根据样本均值的性质,样本均值 $\overline{X}$ 服从正态分布 $N(7.6, \frac{4}{n})$,其中均值为总体均值 $7.6$,方差为总体方差除以样本容量 $n$,即 $\frac{4}{n}$。 - 对样本均值进行标准化变换:
设 $Z = \frac{\overline{X} - 7.6}{\sqrt{\frac{4}{n}}}$,则 $Z$ 服从标准正态分布 $N(0, 1)$。
对于 $P(5.6 < \overline{X} < 9.6)$,进行标准化变换:
$\begin{align*}P(5.6 < \overline{X} < 9.6) &= P\left(\frac{5.6 - 7.6}{\sqrt{\frac{4}{n}}} < \frac{\overline{X} - 7.6}{\sqrt{\frac{4}{n}}} < \frac{9.6 - 7.6}{\sqrt{\frac{4}{n}}}\right)\\&= P\left(\frac{-2}{\sqrt{\frac{4}{n}}} < Z < \frac{2}{\sqrt{\frac{4}{n}}}\right)\\&= P\left(-\sqrt{n} < Z < \sqrt{n}\right)\end{align*}$ - 利用标准正态分布的性质计算概率:
根据标准正态分布的性质,$P(-\sqrt{n} < Z < \sqrt{n}) = \Phi(\sqrt{n}) - \Phi(-\sqrt{n})$,又因为标准正态分布关于 $y$ 轴对称,即 $\Phi(-\sqrt{n}) = 1 - \Phi(\sqrt{n})$,所以 $P(-\sqrt{n} < Z < \sqrt{n}) = \Phi(\sqrt{n}) - (1 - \Phi(\sqrt{n})) = 2\Phi(\sqrt{n}) - 1$。 - 求解不等式:
已知 $P(5.6 < \overline{X} < 9.6) \geq 0.95$,即 $2\Phi(\sqrt{n}) - 1 \geq 0.95$。
移项可得 $2\Phi(\sqrt{n}) \geq 0.95 + 1 = 1.95$,两边同时除以 $2$,得到 $\Phi(\sqrt{n}) \geq 0.975$。 - 查标准正态分布表确定 $\sqrt{n}$ 的范围:
查标准正态分布表可得,当 $\Phi(\sqrt{n}) \geq 0.975$ 时,$\sqrt{n} \geq 1.96$。 - 计算 $n$ 的范围并取整:
两边同时平方可得 $n \geq 1.96^2 = 3.8416$。
因为 $n$ 为样本容量,必须为整数,所以 $n$ 的最小值为 $4$。