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统计
题目

设随机变量 X sim N(2, sigma^2),若 P0 < X < 4 = 0.3,则 PX < 0 = ____。A. 0.35B. 0.16C. 1.2D. 0.85

设随机变量 $X \sim N(2, \sigma^2)$,若 $P\{0 < X < 4\} = 0.3$,则 $P\{X < 0\} = \_\_\_\_$。 A. 0.35 B. 0.16 C. 1.2 D. 0.85

题目解答

答案

我们已知随机变量 $ X \sim N(2, \sigma^2) $,即 $ X $ 服从均值为 2,方差为 $ \sigma^2 $ 的正态分布。

题目给出:
$P\{0 < X < 4\} = 0.3$
要求我们求出:
$P\{X < 0\} = ?$

第一步:标准化

我们把 $ X $ 标准化为标准正态分布 $ Z \sim N(0, 1) $,即:
$Z = \frac{X - \mu}{\sigma} = \frac{X - 2}{\sigma}$

因此:
$P\{0 < X < 4\} = P\left\{\frac{0 - 2}{\sigma} < Z < \frac{4 - 2}{\sigma}\right\} = P\left\{-\frac{2}{\sigma} < Z < \frac{2}{\sigma}\right\}$

我们设:
$a = \frac{2}{\sigma}$

则有:
$P\{-a < Z < a\} = 0.3$

第二步:利用对称性

由于标准正态分布是对称的,有:
$P\{-a < Z < a\} = 2P\{0 < Z < a\}$

所以:
$2P\{0 < Z < a\} = 0.3 \Rightarrow P\{0 < Z < a\} = 0.15$

查标准正态分布表,找 $ P\{0 < Z < a\} = 0.15 $ 对应的 $ a $ 值。

查表得:
$P\{0 < Z < 0.39\} \approx 0.15$

所以:
$a = 0.39 \Rightarrow \frac{2}{\sigma} = 0.39 \Rightarrow \sigma = \frac{2}{0.39} \approx 5.128$

第三步:求 $ P\{X < 0\} $

我们要求:
$P\{X < 0\} = P\left\{Z < \frac{0 - 2}{\sigma}\right\} = P\left\{Z < -\frac{2}{\sigma}\right\} = P\{Z < -a\}$

由于:
$a = 0.39 \Rightarrow P\{Z < -0.39\}$

查标准正态分布表:
$P\{Z < -0.39\} = 1 - P\{Z < 0.39\} = 1 - 0.6517 = 0.3483$

最终答案:

$\boxed{0.35}$

正确选项是:

$\boxed{\text{A. 0.35}}$

解析

考查要点:本题主要考查正态分布的概率计算,涉及标准化变换、对称性应用及标准正态分布表的使用。

解题核心思路:

  1. 标准化:将非标准正态分布转化为标准正态分布,利用已知概率求出关键参数。
  2. 对称性应用:通过标准正态分布的对称性,将区间概率转化为单边概率,简化计算。
  3. 查表求参数:根据概率值反推标准差,最终计算目标概率。

破题关键点:

  • 标准化公式:正确应用 $Z = \frac{X - \mu}{\sigma}$。
  • 对称性拆分:将双侧概率拆分为单侧概率,结合查表确定临界值。
  • 尾部概率计算:利用对称性计算左侧尾部概率。

标准化与参数求解

  1. 标准化处理:
    设 $X \sim N(2, \sigma^2)$,标准化得 $Z = \frac{X - 2}{\sigma}$。
    原概率 $P(0 < X < 4)$ 转换为:
    $P\left(-\frac{2}{\sigma} < Z < \frac{2}{\sigma}\right) = 0.3.$

  2. 对称性拆分:
    设 $a = \frac{2}{\sigma}$,则 $P(-a < Z < a) = 0.3$。
    根据对称性,$P(-a < Z < a) = 2P(0 < Z < a)$,得:
    $2P(0 < Z < a) = 0.3 \implies P(0 < Z < a) = 0.15.$

  3. 查表求 $a$:
    查标准正态分布表,$P(0 < Z < 0.39) \approx 0.15$,故 $a = 0.39$,从而:
    $\sigma = \frac{2}{a} = \frac{2}{0.39} \approx 5.128.$

计算目标概率

  1. 标准化目标值:
    $P(X < 0)$ 对应 $Z = \frac{0 - 2}{\sigma} = -\frac{2}{\sigma} = -a = -0.39$。

  2. 尾部概率计算:
    $P(Z < -0.39) = 1 - P(Z < 0.39) = 1 - 0.6517 = 0.3483 \approx 0.35.$

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