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50kg,标准差为5kg.若用最大载重量为5t的汽车承运,试利用中心极限定理说明每辆车最多可以装多少箱,才能保障不超载的概率大于0.977.
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50kg,标准差为5kg.若用最大载重量为5t的汽车承运,试利用中心极限定理说明每辆车最多可以装多少箱,才能保障不超载的概率大于0.977.
题目解答
答案
解设Xi(i=1,2,…,n)是装运的第i箱的重量(单位:kg),n是所求箱数.由条件可以把X1,X2,…,Xn视为独立同分布随机变量,而n箱的总重量Tn=X1+X2+…+Xn是独立同分布随机变量之和.由条件知(单位:kg).根据列维-林德伯格中心极限定理,Tn近似服从正态分布N(50n,25n).箱数n决定于条件由此可见从而n<98.0199,即最多可以装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概率问题。
解题核心思路:
- 将每箱重量视为独立同分布的随机变量,总重量服从正态分布(由中心极限定理);
- 通过标准化将总重量转化为标准正态分布,结合概率要求确定临界值;
- 建立不等式求解最大箱数。
破题关键点:
- 正确应用中心极限定理,确定总重量的均值和方差;
- 单位统一(5吨=5000千克);
- 准确查标准正态分布表,找到对应概率的临界Z值。
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:
- 均值:$E(X_i) = 50$ kg,总重量均值为$E(T_n) = 50n$;
- 方差:$D(X_i) = 5^2 = 25$,总重量方差为$D(T_n) = 25n$。
应用中心极限定理:
$T_n$近似服从正态分布$N(50n, 25n)$。
标准化处理:
$Z = \frac{T_n - 50n}{\sqrt{25n}} \sim N(0,1)$
概率条件:
要求$P(T_n \leq 5000) > 0.977$,即:
$P\left( \frac{T_n - 50n}{\sqrt{25n}} \leq \frac{5000 - 50n}{\sqrt{25n}} \right) > 0.977$
查标准正态分布表:
当概率为$0.977$时,对应$Z \approx 2$(因$\Phi(2) = 0.9772$)。因此:
$\frac{5000 - 50n}{\sqrt{25n}} \geq 2$
解不等式:
- 两边平方:
$(5000 - 50n)^2 \geq 4 \cdot 25n$ - 展开整理:
$2500n^2 - 500000n + 25000000 \geq 100n$
$2500n^2 - 500100n + 25000000 \geq 0$ - 解二次方程得:
$n \leq \frac{500100}{5000} \approx 98.0199$
取整数解,得$n = 98$。