题目
设X是n次独立重复试验中事件A发生的次数,事件A在每次试验中发生的概率p;ε是任意正数,a,b为常数.则下述错误的是()A. lim_(n to infty)P|(X)/(n)-p|geqepsilon=0;B. P|(X)/(n)-p|geqepsilon=2[1-Phi(epsilonsqrt((n)/(p(1-p))))];C. Paleq Xleq bapproxPhi((b-np)/(sqrt(np(1-p))))-Phi((a-np)/(sqrt(np(1-p))));D. |(X)/(n)-p|geqepsilon是小概率事件;
设X是n次独立重复试验中事件A发生的次数,事件A在每次试验中发生的概率p;ε是任意正数,a,b为常数.则下述错误的是()
A. $\lim_{n \to \infty}P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}=0$;
B. $P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}=2[1-\Phi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1-p)}})]$;
C. $P\left\{a\leq X\leq b\right\}\approx\Phi(\frac{b-np}{\sqrt{np(1-p)}})-\Phi(\frac{a-np}{\sqrt{np(1-p)}})$;
D. $\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}$是小概率事件;
题目解答
答案
B. $P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}=2[1-\Phi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1-p)}})]$;
解析
本题主要考查了独立重复试验中事件发生次数的概率性质、大数定律、中心极限定理以及小概率事件的相关知识。下面我们对每个选项逐一进行分析:
- 选项A:
本题考查大数定律的内容。大数定律表明,当试验次数$n$足够大时,样本均值$\frac{X}{n}$会依概率收敛于总体均值$p$。
根据大数定律的定义,对于任意正数$\epsilon$,有$\lim_{n \to \infty}P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}=0$,所以选项A正确。 - 选项B:
本题考查中心极限定理的应用。由中心极限定理可知,当$n$充分大时,$X\sim N(np,np(1 - p))$,那么$\frac{X - np}{\sqrt{np(1 - p)}}\sim N(0,1)$。
我们先对$P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}$进行变形:
$\begin{align*}P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}&=P\left\{\left|\frac{X - np}{n}\right|\geq\epsilon\right\}\\&=P\left\{\left|\frac{X - np}{\sqrt{np(1 - p)}}\right|\geq\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}}\right\}\\&=1 - P\left\{\left|\frac{X - np}{\sqrt{np(1 - p)}}\right|\lt\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}}\right\}\\&=1 - [\varPhi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}}) - \varPhi(-\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}})]\end{align*}$
因为标准正态分布的性质$\varPhi(-x)=1 - \varPhi(x)$,所以$\varPhi(-\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}})=1 - \varPhi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}})$,代入上式可得:
$\begin{align*}1 - [\varPhi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}}) - \varPhi(-\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}})]&=1 - [\varPhi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}}) - (1 - \varPhi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}}))]\\&=2[1 - \varPhi(\epsilon\sqrt{\frac{n}{p(1 - p)}})]\end{align*}$
这里需要注意的是,该公式成立的前提是$n$充分大,而题目中并没有明确说明$n$的大小,所以不能直接使用该公式,选项B错误。 - 选项C:
本题考查中心极限定理的应用。当$n$充分大时,$X\sim N(np,np(1 - p))$,那么$\frac{X - np}{\sqrt{np(1 - p)}}\sim N(0,1)$。
所以$P\left\{a\leq X\leq b\right\}\approx P\left\{\frac{a - np}{\sqrt{np(1 - p)}}\leq\frac{X - np}{\sqrt{np(1 - p)}}\leq\frac{b - np}{\sqrt{np(1 - p)}}\right\}=\varPhi(\frac{b - np}{\sqrt{np(1 - p)}}) - \varPhi(\frac{a - np}{\sqrt{np(1 - p)}})$,选项C正确。 - 选项D:
本题考查小概率事件的定义。由选项A可知$\lim_{n \to \infty}P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}=0$,当$n$足够大时,$P\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}$的值会非常小,根据小概率事件的定义,概率很小的事件在一次试验中几乎不可能发生,所以$\left\{\left|\frac{X}{n}-p\right|\geq\epsilon\right\}$是小概率事件,选项D正确。