题目
30.设在一电路中,电阻两端的电压(以V计)服从N(120,2²)分布,今独立测量了5次,试确定有2次测定值落在区间[118,122]之外的概率.
30.设在一电路中,电阻两端的电压(以V计)服从N(120,2²)分布,今独立测量了5次,试确定有2次测定值落在区间[118,122]之外的概率.
题目解答
答案
设 $X_i$ 为第 $i$ 次测量值,$X_i \sim N(120, 4)$。
计算单次测量值落在[118, 122]内的概率:
\[
P(118 \leq X_i \leq 122) = P\left(-1 \leq \frac{X_i - 120}{2} \leq 1\right) = 2\Phi(1) - 1 \approx 0.6826
\]
则落在区间外的概率为:
\[
P(X_i \notin [118, 122]) = 1 - 0.6826 = 0.3174
\]
设 $Y$ 为5次测量中落在区间外的次数,$Y \sim B(5, 0.3174)$。
求 $P(Y = 2)$:
\[
P(Y = 2) = \binom{5}{2} (0.3174)^2 (0.6826)^3 \approx 0.3204
\]
**答案:** $\boxed{0.3204}$
解析
考查要点:本题主要考查正态分布的概率计算及二项分布的应用。
解题思路:
- 确定单次测量落在指定区间的概率:将正态分布标准化后,利用标准正态分布函数计算概率。
- 构建二项分布模型:将5次独立测量视为二项分布试验,计算恰好2次“成功”(即落在区间外)的概率。
关键点:
- 标准化转换:将区间端点转换为标准正态分布的Z值。
- 二项分布公式:正确应用组合数及概率的幂次计算。
步骤1:计算单次测量值落在区间内的概率
设单次测量值为$X \sim N(120, 2^2)$,标准化后:
$P(118 \leq X \leq 122) = P\left(\frac{118-120}{2} \leq \frac{X-120}{2} \leq \frac{122-120}{2}\right) = P(-1 \leq Z \leq 1)$
查标准正态分布表得:
$P(-1 \leq Z \leq 1) = \Phi(1) - \Phi(-1) = 0.8413 - 0.1587 = 0.6826$
因此,落在区间外的概率为:
$p = 1 - 0.6826 = 0.3174$
步骤2:建立二项分布模型
设$Y$为5次测量中落在区间外的次数,则$Y \sim B(5, 0.3174)$。
求$P(Y=2)$:
$P(Y=2) = \binom{5}{2} (0.3174)^2 (0.6826)^3$
计算得:
$\binom{5}{2} = 10, \quad (0.3174)^2 \approx 0.1007, \quad (0.6826)^3 \approx 0.318$
最终结果:
$P(Y=2) \approx 10 \times 0.1007 \times 0.318 = 0.3204$