题目
9. (10.0分)测量某距离时,随机误差X~N(20,40²) (单位:cm),则在3次测量中,至少有一次误差的绝对值不超过30cm的概率为_____. (答案保留小数点后两位)
9. (10.0分)
测量某距离时,随机误差X~N(20,40²) (单位:cm),则在3次测量中,至少有一次误差的绝对值不超过30cm的概率为_____. (答案保留小数点后两位)
题目解答
答案
-
计算单次测量概率
将 $X$ 标准化:$Z = \frac{X - 20}{40}$。
求 $P(-30 \leq X \leq 30)$:
$P(-1.25 \leq Z \leq 0.25) = \Phi(0.25) - \Phi(-1.25) = \Phi(0.25) + \Phi(1.25) - 1 \approx 0.5987 + 0.8944 - 1 = 0.4931$
单次概率 $p \approx 0.4931$。 -
计算3次测量概率
设 $Y$ 为3次测量中符合条件的次数,$Y \sim B(3, p)$。
求 $P(Y \geq 1)$:
$P(Y \geq 1) = 1 - (1 - p)^3 \approx 1 - (1 - 0.4931)^3 \approx 1 - 0.1309 = 0.8691$
四舍五入得 $0.87$。
答案: $\boxed{0.87}$
解析
本题考查正态分布的概率计算以及二项分布的应用。解题思路如下:
- 首先,根据已知的正态分布$X\sim N(20,40^{2})$,通过标准化变换$Z = \frac{X - \mu}{\sigma}$(其中$\mu = 20$为均值,$\sigma = 40$为标准差),将$X$转化为标准正态分布$Z\sim N(0,1)$,然后计算单次测量中误差的绝对值不超过$30cm$的概率$p$。
- 接着,设$Y$为$3$次测量中误差的绝对值不超过$30cm$的次数,由于每次测量是相互独立的,且每次测量误差的绝对值不超过$30cm$的概率都为$p$,所以$Y$服从参数为$n = 3$,$p$的二项分布$Y\sim B(3,p)$。
- 最后,要求$3$次测量中至少有一次误差的绝对值不超过$30cm$的概率,即求$P(Y\geq1)$,可利用对立事件的概率公式$P(Y\geq1)=1 - P(Y = 0)$,而$P(Y = 0)=(1 - p)^{3}$,进而计算出结果。
下面进行详细计算:
- 计算单次测量中误差的绝对值不超过$30cm$的概率$p$
已知$X\sim N(20,40^{2})$,将$X$标准化,令$Z=\frac{X - 20}{40}$,则$Z\sim N(0,1)$。
要求$P(\vert X\vert\leq30)$,即$P(-30\leq X\leq30)$,将其转化为标准正态分布的形式:
$\begin{align*}P(-30\leq X\leq30)&=P(\frac{-30 - 20}{40}\leq\frac{X - 20}{40}\leq\frac{30 - 20}{40})\\&=P(-1.25\leq Z\leq0.25)\end{align*}$
根据标准正态分布的性质$P(-1.25\leq Z\leq0.25)=\varPhi(0.25)-\varPhi(-1.25)$,又因为$\varPhi(-z)=1 - \varPhi(z)$,所以$\varPhi(-1.25)=1 - \varPhi(1.25)$,则$P(-1.25\leq Z\leq0.25)=\varPhi(0.25)+ \varPhi(1.25)-1$。
查标准正态分布表可得$\varPhi(0.25)\approx0.5987$,$\varPhi(1.25)\approx0.8944$,所以$P(-1.25\leq Z\leq0.25)\approx0.5987 + 0.8944 - 1 = 0.4931$,即单次测量中误差的绝对值不超过$30cm$的概率$p\approx0.4931$。 - 计算$3$次测量中至少有一次误差的绝对值不超过$30cm$的概率
设$Y$为$3$次测量中误差的绝对值不超过$30cm$的次数,则$Y\sim B(3,p)$,其中$p\approx0.4931$。
要求$P(Y\geq1)$,根据对立事件的概率公式$P(Y\geq1)=1 - P(Y = 0)$,而$P(Y = 0)=C_{3}^{0}p^{0}(1 - p)^{3}=(1 - p)^{3}$,所以$P(Y\geq1)=1-(1 - p)^{3}$。
将$p\approx0.4931$代入可得:
$\begin{align*}P(Y\geq1)&\approx1-(1 - 0.4931)^{3}\\&=1 - 0.5069^{3}\\&\approx1 - 0.1309\\&= 0.8691\end{align*}$
结果保留小数点后两位,四舍五入得$0.87$。