2.在总体N(6,20 ^2)中随机抽收容量为100的样本X1,X2,···,X100,求样-|||-本均值与总体均值之差的绝对值大于1的概率。(注: Phi (0.5)=0.6915
2.
题目解答
答案
解:
1\}& =1-P\big\{|\bar{X}-6|\leqslant1\big\} \\
&=1-P\{-1\leqslant\bar{X}-6\leqslant1\} \\
&=1-P\left\{-\frac{1}{\sqrt{20/100}}\leqslant\frac{\overline{X}-6}{\sqrt{20/100}}\leqslant\frac{1}{\sqrt{20/100}}\right\} \\
&=1-\left[\boldsymbol{\Phi}\Big(\frac1{\sqrt{20/100}}\Big)-\boldsymbol{\Phi}\Big(\frac{-1}{\sqrt{20/100}}\Big)\right]=2-2\boldsymbol{\Phi}(0.5) \\
&=2(1-0.6915)=0.617.
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解析
考查要点:本题主要考查中心极限定理的应用,以及如何将样本均值的分布转化为标准正态分布进行概率计算。
解题核心思路:
- 确定样本均值的分布:根据中心极限定理,样本均值$\bar{X}$近似服从正态分布$N\left(\mu, \frac{\sigma^2}{n}\right)$。
- 标准化处理:将不等式$|\bar{X} - \mu| \leq 1$转化为标准正态变量$Z$的形式。
- 利用标准正态分布函数$\Phi$计算概率:通过查表或已知值$\Phi(0.5)$求解。
破题关键点:
- 正确计算样本均值的标准差:$\frac{\sigma}{\sqrt{n}} = \frac{20}{10} = 2$。
- 对称性简化计算:利用$\Phi(-x) = 1 - \Phi(x)$简化概率表达式。
步骤1:确定样本均值的分布
总体均值$\mu = 6$,总体标准差$\sigma = 20$,样本容量$n = 100$。根据中心极限定理,样本均值$\bar{X}$服从正态分布:
$\bar{X} \sim N\left(6, \frac{20^2}{100}\right) = N(6, 4)$
即$\bar{X}$的均值为$6$,标准差为$2$。
步骤2:标准化不等式
要求概率$P\left(|\bar{X} - 6| > 1\right)$,等价于:
$1 - P\left(|\bar{X} - 6| \leq 1\right)$
将不等式标准化:
$P\left(-1 \leq \bar{X} - 6 \leq 1\right) = P\left(-\frac{1}{2} \leq \frac{\bar{X} - 6}{2} \leq \frac{1}{2}\right)$
令$Z = \frac{\bar{X} - 6}{2}$,则$Z \sim N(0,1)$,概率变为:
$P\left(-0.5 \leq Z \leq 0.5\right)$
步骤3:计算标准正态概率
利用标准正态分布函数$\Phi$:
$P(-0.5 \leq Z \leq 0.5) = \Phi(0.5) - \Phi(-0.5)$
根据对称性$\Phi(-0.5) = 1 - \Phi(0.5)$,代入已知$\Phi(0.5) = 0.6915$:
$\Phi(0.5) - (1 - \Phi(0.5)) = 2\Phi(0.5) - 1 = 2 \times 0.6915 - 1 = 0.383$
步骤4:求最终概率
原概率为:
$1 - 0.383 = 0.617$