题目
一生产线生产的产品成箱包装,每箱的重量是随机的.假设每箱平均重50千克,标准差为5千克.若用最大载重为5吨的汽车承运,试利用中心极限定理说明每辆最多可以装多少箱,才能保障不超载的概率大于0.977(φ(2)=0.977,其中φ(x)是标准正态分布函数.)
一生产线生产的产品成箱包装,每箱的重量是随机的.假设每箱平均重50千克,标准差为5千克.若用最大载重为5吨的汽车承运,试利用中心极限定理说明每辆最多可以装多少箱,才能保障不超载的概率大于0.977(φ(2)=0.977,其中φ(x)是标准正态分布函数.)
题目解答
答案
由题设,设Xi(i=1,2,…n)是装运的第i箱的重量(单位:千克),n是所求箱数,由已知条件X1,X2,…,Xn是独立同分布的随机变量,设n箱的总重量为Tn,则Tn=X1+X2+…+Xn,又由题设,E(Xi)=50,D(Xi)=25,i=1,2,…,n,从而E(Tn)=n・50=50n.D(Tn)=25n.由中心极限定理,知Tn近似服从参数为50n,25n的正态分布,即N(50n,25n),由条件 [*] 可得出[*],即n<98.0199,所以最多可以装98箱.
解析
考查要点:本题主要考查中心极限定理的应用,以及如何利用正态分布解决实际问题中的概率问题。
解题核心思路:
- 确定总重量的分布:根据中心极限定理,多个独立同分布的随机变量之和近似服从正态分布。
- 标准化处理:将总重量不超过5吨的条件转化为标准正态分布的概率表达式。
- 解方程求最大箱数:利用已知的正态分布函数值φ(2)=0.977,建立方程并求解。
破题关键点:
- 正确计算总重量的期望和方差:总重量的期望为$E(T_n)=50n$,方差为$D(T_n)=25n$。
- 理解φ(2)=0.977的含义:对应的标准正态分布临界值为2,即$(T_n - 50n)/(5\sqrt{n}) \leq 2$。
设每箱重量为$X_i$($i=1,2,\dots,n$),总重量为$T_n = X_1 + X_2 + \dots + X_n$。根据题意:
- 期望:$E(X_i) = 50$千克,总期望$E(T_n) = 50n$千克。
- 方差:$D(X_i) = 5^2 = 25$,总方差$D(T_n) = 25n$,标准差为$5\sqrt{n}$。
应用中心极限定理:
当$n$较大时,$T_n$近似服从正态分布$N(50n, 25n)$。要求不超载的概率$P(T_n \leq 5000) > 0.977$,即:
$P\left(\frac{T_n - 50n}{5\sqrt{n}} \leq \frac{5000 - 50n}{5\sqrt{n}}\right) > 0.977$
标准化处理:
由$\phi(2) = 0.977$,可知$\frac{5000 - 50n}{5\sqrt{n}} = 2$,解得:
$5000 - 50n = 10\sqrt{n} \quad \Rightarrow \quad 5n + \sqrt{n} = 500$
解方程:
设$\sqrt{n} = x$,则方程变为:
$5x^2 + x - 500 = 0$
解得:
$x = \frac{-1 + \sqrt{1 + 4 \cdot 5 \cdot 500}}{2 \cdot 5} = \frac{-1 + \sqrt{10001}}{10} \approx 9.9005$
因此,$\sqrt{n} \approx 9.9005$,得$n \approx 98.0199$。取整数部分,最多可装98箱。