12.设随机变量X服从正态分布N(mu_(1),sigma_(1)^2)(sigma_(1)>0),Y服从正态分布N(mu_(2),sigma_(2)^2)(sigma_(2)>0),若P(|X-mu_(1)|A. mu_(1)B. mu_(1)>mu_(2),sigma_(1)=sigma_(2)C. mu_(1)=mu_(2),sigma_(1)D. mu_(1)=mu_(2),sigma_(1)>sigma_(2)
A. $\mu_{1}<\mu_{2},\sigma_{1}=\sigma_{2}$
B. $\mu_{1}>\mu_{2},\sigma_{1}=\sigma_{2}$
C. $\mu_{1}=\mu_{2},\sigma_{1}<\sigma_{2}$
D. $\mu_{1}=\mu_{2},\sigma_{1}>\sigma_{2}$
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计算及参数关系的判断,涉及标准化变换和标准正态分布函数的应用。
解题核心思路:
- 标准化处理:将两个正态分布变量的绝对偏差概率转化为标准正态分布下的概率,通过等式关系得出方差相等。
- 概率不等式分析:利用标准正态分布函数的单调性,结合给定概率不等式,推导均值的大小关系。
破题关键点:
- 方差相等:通过比较两个正态分布的绝对偏差概率,得出σ₁=σ₂。
- 均值比较:通过P(X≤μ₂)<1/2,结合标准化后的表达式,判断μ₁与μ₂的大小关系。
步骤1:分析绝对偏差概率相等的条件
对于X和Y的绝对偏差概率:
$P(|X-\mu_1|<1) = P\left(-1 < X-\mu_1 <1\right) = P\left(-\frac{1}{\sigma_1} < \frac{X-\mu_1}{\sigma_1} < \frac{1}{\sigma_1}\right)$
标准化后服从标准正态分布,因此:
$P\left(-\frac{1}{\sigma_1} < Z < \frac{1}{\sigma_1}\right) = \Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) - \Phi\left(-\frac{1}{\sigma_1}\right) = 2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) -1$
同理,Y的概率为:
$2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_2}\right) -1$
由题意得:
$2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) -1 = 2\Phi\left(\frac{1}{\sigma_2}\right) -1 \implies \Phi\left(\frac{1}{\sigma_1}\right) = \Phi\left(\frac{1}{\sigma_2}\right)$
由于Φ函数单调递增,故:
$\frac{1}{\sigma_1} = \frac{1}{\sigma_2} \implies \sigma_1 = \sigma_2$
步骤2:分析概率不等式P(X≤μ₂)<1/2
将X标准化:
$P(X \leq \mu_2) = P\left(\frac{X-\mu_1}{\sigma_1} \leq \frac{\mu_2 - \mu_1}{\sigma_1}\right) = \Phi\left(\frac{\mu_2 - \mu_1}{\sigma_1}\right)$
由σ₁=σ₂且σ₁>0,不等式变为:
$\Phi\left(\frac{\mu_2 - \mu_1}{\sigma_1}\right) < \frac{1}{2}$
因为Φ(z)<1/2当且仅当z<0,故:
$\frac{\mu_2 - \mu_1}{\sigma_1} < 0 \implies \mu_2 - \mu_1 < 0 \implies \mu_1 > \mu_2$