题目
3. (12.0分)一本书有1000页,假设每页印刷错误字数服从泊松分布π(0.1),且每页书的印刷错误字数相互独立,根据题意回答下列问题: (1)设X_(k)为第k页书的印刷错误字数,写出X_(k)满足独立同分布的中心极限定理中除的⑤外的其他4个条件: ①____;②____;③____;④____。 (2)根据中心极限定理,在⑤n=1000较大时,sum_(k=1)^1000X_(k)近似simsim____。 (3)根据(2),求这本书的印刷错误字数不超过120的概率。
3. (12.0分)一本书有1000页,假设每页印刷错误字数服从泊松分布π(0.1),且每页书的印刷错误字数相互独立,根据题意回答下列问题:
(1)设$X_{k}$为第k页书的印刷错误字数,写出$X_{k}$满足独立同分布的中心极限定理中除的⑤外的其他4个条件:
①____;②____;③____;④____。
(2)根据中心极限定理,在⑤n=1000较大时,$\sum_{k=1}^{1000}X_{k}$近似$\sim$$\sim$____。
(3)根据(2),求这本书的印刷错误字数不超过120的概率。
题目解答
答案
为了解决这个问题,我们需要使用中心极限定理和泊松分布的性质。让我们一步步来分析。
### 第一步:识别中心极限定理的条件
中心极限定理指出,对于一个独立同分布的随机变量序列 $X_1, X_2, \ldots, X_n$,其中每个 $X_i$ 的均值为 $\mu$,方差为 $\sigma^2$,当 $n$ 足够大时,随机变量 $X_1 + X_2 + \cdots + X_n$ 的和近似服从均值为 $n\mu$,方差为 $n\sigma^2$ 的正态分布。
对于问题中的 $X_k$,条件是:
1. $X_k$ 是独立的。
2. $X_k$ 是同分布的。
3. $X_k$ 的均值 $\mu$ 存在。
4. $X_k$ 的方差 $\sigma^2$ 存在。
因此,答案是:
① $X_k$ 是独立的。
② $X_k$ 是同分布的。
③ $X_k$ 的均值 $\mu$ 存在。
④ $X_k$ 的方差 $\sigma^2$ 存在。
### 第二步:确定 $\sum_{k=1}^{1000} X_k$ 的分布
由于 $X_k$ 服从泊松分布 $\pi(0.1)$,我们有:
\[
\mu = 0.1 \quad \text{和} \quad \sigma^2 = 0.1.
\]
对于 $n = 1000$,随机变量 $S = \sum_{k=1}^{1000} X_k$ 的和近似服从均值为 $n\mu = 1000 \times 0.1 = 100$,方差为 $n\sigma^2 = 1000 \times 0.1 = 100$ 的正态分布。因此,标准差为 $\sqrt{100} = 10$。
所以,$S$ 近似服从 $N(100, 10^2)$。
### 第三步:计算这本书的印刷错误字数不超过120的概率
我们需要找到 $P(S \leq 120)$。使用正态分布,我们首先将变量标准化:
\[
P(S \leq 120) = P\left(\frac{S - 100}{10} \leq \frac{120 - 100}{10}\right) = P(Z \leq 2),
\]
其中 $Z$ 是标准正态随机变量。从标准正态分布表中,我们发现:
\[
P(Z \leq 2) \approx 0.9772.
\]
因此,这本书的印刷错误字数不超过120的概率是:
\[
\boxed{0.9772}.
\]
解析
考查要点:本题主要考查中心极限定理的应用及泊松分布的性质。
解题思路:
- 第(1)题需明确中心极限定理的条件,重点在于理解独立同分布、均值与方差存在的条件。
- 第(2)题需利用中心极限定理将泊松分布的和转化为正态分布,需计算均值与方差。
- 第(3)题需通过标准化将正态分布的概率转化为标准正态分布的概率,结合查表求解。
破题关键:
- 泊松分布的均值与方差相等(均为$\lambda$)。
- 中心极限定理的核心是“和的分布趋近于正态分布”。
第(1)题
中心极限定理的条件(除⑤外):
- 独立性:每页印刷错误字数相互独立。
- 同分布性:每页均服从相同的泊松分布$\pi(0.1)$。
- 均值存在:泊松分布的均值$\mu = 0.1$存在。
- 方差存在:泊松分布的方差$\sigma^2 = 0.1$存在。
第(2)题
总和的分布:
- 总和$\sum_{k=1}^{1000}X_k$的均值为$1000 \times 0.1 = 100$,方差为$1000 \times 0.1 = 100$。
- 根据中心极限定理,当$n=1000$较大时,总和近似服从正态分布:
$\sum_{k=1}^{1000}X_k \sim N(100, 10^2).$
第(3)题
计算概率:
- 标准化:
$P\left(\sum_{k=1}^{1000}X_k \leq 120\right) = P\left(\frac{\sum_{k=1}^{1000}X_k - 100}{10} \leq \frac{120 - 100}{10}\right) = P(Z \leq 2).$ - 查标准正态分布表:
$P(Z \leq 2) \approx 0.9772.$