题目
中国大学MOOC: 计算机在进行数学计算时,遵从四舍五入原则,为简单计,现对小数点后第一位进行舍入运算,则误差X可以认为服从[-0.5,0.5]上的均匀分布,若在一项计算中进行了100次的舍入运算,利用中心极限定理可得误差总和的绝对值不超过sqrt (3)的概率____.sqrt (3)
中国大学MOOC: 计算机在进行数学计算时,遵从四舍五入原则,为简单计,现对小数点后第一位进行舍入运算,则误差X可以认为服从[-0.5,0.5]上的均匀分布,若在一项计算中进行了100次的舍入运算,利用中心极限定理可得误差总和的绝对值不超过
的概率____.
题目解答
答案
0.9974
解析
步骤 1:确定误差X的分布
误差X服从[-0.5, 0.5]上的均匀分布,其概率密度函数为:
$$
f(x) = \begin{cases}
1 & \text{if } -0.5 \leq x \leq 0.5 \\
0 & \text{otherwise}
\end{cases}
$$
步骤 2:计算误差X的期望和方差
均匀分布的期望值为区间中点,即:
$$
E(X) = 0
$$
均匀分布的方差为:
$$
Var(X) = \frac{(0.5 - (-0.5))^2}{12} = \frac{1}{12}
$$
步骤 3:利用中心极限定理
进行100次的舍入运算,误差总和的期望值为:
$$
E(S) = 100 \times E(X) = 0
$$
误差总和的方差为:
$$
Var(S) = 100 \times Var(X) = \frac{100}{12} = \frac{25}{3}
$$
误差总和的标准差为:
$$
\sigma_S = \sqrt{Var(S)} = \sqrt{\frac{25}{3}} = \frac{5}{\sqrt{3}}
$$
步骤 4:计算误差总和的绝对值不超过$5\sqrt{3}$的概率
误差总和的绝对值不超过$5\sqrt{3}$的概率为:
$$
P(|S| \leq 5\sqrt{3}) = P\left(-5\sqrt{3} \leq S \leq 5\sqrt{3}\right)
$$
利用中心极限定理,误差总和S近似服从正态分布,即:
$$
S \sim N(0, \frac{25}{3})
$$
因此,误差总和的绝对值不超过$5\sqrt{3}$的概率为:
$$
P\left(-5\sqrt{3} \leq S \leq 5\sqrt{3}\right) = P\left(-\frac{5\sqrt{3}}{\frac{5}{\sqrt{3}}} \leq \frac{S}{\frac{5}{\sqrt{3}}} \leq \frac{5\sqrt{3}}{\frac{5}{\sqrt{3}}}\right) = P(-3 \leq Z \leq 3)
$$
其中,Z为标准正态分布的随机变量。根据标准正态分布表,有:
$$
P(-3 \leq Z \leq 3) = 2\phi(3) - 1 = 2 \times 0.9987 - 1 = 0.9974
$$
误差X服从[-0.5, 0.5]上的均匀分布,其概率密度函数为:
$$
f(x) = \begin{cases}
1 & \text{if } -0.5 \leq x \leq 0.5 \\
0 & \text{otherwise}
\end{cases}
$$
步骤 2:计算误差X的期望和方差
均匀分布的期望值为区间中点,即:
$$
E(X) = 0
$$
均匀分布的方差为:
$$
Var(X) = \frac{(0.5 - (-0.5))^2}{12} = \frac{1}{12}
$$
步骤 3:利用中心极限定理
进行100次的舍入运算,误差总和的期望值为:
$$
E(S) = 100 \times E(X) = 0
$$
误差总和的方差为:
$$
Var(S) = 100 \times Var(X) = \frac{100}{12} = \frac{25}{3}
$$
误差总和的标准差为:
$$
\sigma_S = \sqrt{Var(S)} = \sqrt{\frac{25}{3}} = \frac{5}{\sqrt{3}}
$$
步骤 4:计算误差总和的绝对值不超过$5\sqrt{3}$的概率
误差总和的绝对值不超过$5\sqrt{3}$的概率为:
$$
P(|S| \leq 5\sqrt{3}) = P\left(-5\sqrt{3} \leq S \leq 5\sqrt{3}\right)
$$
利用中心极限定理,误差总和S近似服从正态分布,即:
$$
S \sim N(0, \frac{25}{3})
$$
因此,误差总和的绝对值不超过$5\sqrt{3}$的概率为:
$$
P\left(-5\sqrt{3} \leq S \leq 5\sqrt{3}\right) = P\left(-\frac{5\sqrt{3}}{\frac{5}{\sqrt{3}}} \leq \frac{S}{\frac{5}{\sqrt{3}}} \leq \frac{5\sqrt{3}}{\frac{5}{\sqrt{3}}}\right) = P(-3 \leq Z \leq 3)
$$
其中,Z为标准正态分布的随机变量。根据标准正态分布表,有:
$$
P(-3 \leq Z \leq 3) = 2\phi(3) - 1 = 2 \times 0.9987 - 1 = 0.9974
$$