第二部分:统计学 [60 分] 一位经理声称,每位顾客在他的超市里所花的时间服从均值为 35 分钟、标准差为 30 分钟的正态分布。一位统计学家评论说,分布 N(35,302)\text{N}(35, 30^2) 无法提供一个合适的模型。

  1. (i)

    你同意该统计学家的评论吗?给出支持你回答的理由。

  2. (ii)

    假设每位顾客所花的时间服从正态分布,且其标准差为 10 分钟(而不是 30 分钟),求 2 位随机选取的顾客在超市里所花的总时间是另一位随机选取的顾客所花时间 3 倍以上的概率。

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完整解法

6(i)

1. Determine the probability of a customer spending a negative amount of time under the proposed model.

Let TT be the time spent by a customer. Under the manager's model, T∼N(35,302)T \sim \text{N}(35, 30^2).
The probability of a customer spending a negative amount of time is:
P(T<0)=P(Z<0−3530)P(T < 0) = P\left(Z < \frac{0 - 35}{30}\right)
P(T<0)=P(Z<−1.167)≈0.1216P(T < 0) = P(Z < -1.167) \approx 0.1216

2. Relate the probability to the physical constraints of the context to draw a conclusion.

Yes, I agree with the statistician.
Since time spent must be non-negative (T≥0T \ge 0), a model that predicts a relatively large probability (about 12.2%12.2\%) for an impossible outcome (negative time) is not an adequate model.

答案

Yes, I agree. The model predicts a significant probability (12.2%12.2\%) of a customer spending a negative amount of time, which is impossible.

6(ii)

1. Define the appropriate linear combination and calculate its expected value.

Let XX be the time spent by a randomly chosen customer, so X∼N(35,102)X \sim \text{N}(35, 10^2).
Let W=X1+X2−3X3W = X_1 + X_2 - 3X_3 represent the difference between the total time of 2 customers and 3 times the time of a 3rd customer.
E(W)=E(X1)+E(X2)−3E(X3)\text{E}(W) = \text{E}(X_1) + \text{E}(X_2) - 3\text{E}(X_3)
E(W)=35+35−3(35)=−35\text{E}(W) = 35 + 35 - 3(35) = -35

2. Calculate the variance of the linear combination.

Var(W)=Var(X1)+Var(X2)+(−3)2Var(X3)\text{Var}(W) = \text{Var}(X_1) + \text{Var}(X_2) + (-3)^2\text{Var}(X_3)
Var(W)=102+102+9(102)=100+100+900=1100\text{Var}(W) = 10^2 + 10^2 + 9(10^2) = 100 + 100 + 900 = 1100
Therefore, W∼N(−35,1100)W \sim \text{N}(-35, 1100).

3. Find the required probability using the normal distribution.

We require the probability that the total time spent by 2 customers is more than 3 times that of another customer, which is P(X1+X2>3X3)\text{P}(X_1 + X_2 > 3X_3) or P(W>0)\text{P}(W > 0).
P(W>0)≈0.1456488\text{P}(W > 0) \approx 0.1456488
P(W>0)≈0.146 (to 3 s.f.)\text{P}(W > 0) \approx 0.146 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.1460.146

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