在本题中,你应该清楚地陈述所使用的所有分布以及相应参数的值。 一位玩具设计师设计了用于平衡类益智玩具的加重木块。木块有两种类型:圆柱体木块和长方体木块。每个圆柱体木块和长方体木块的质量(以克为单位)均服从正态分布,参数如下:
均值标准差
圆柱体木块2806
长方体木块2205
为了建造一个豪华跷跷板模型,设计师使用了:
  • 2 个圆柱体木块,
  • 3 个长方体木块,
  • 7 个螺丝,
  • 1 块木板。
在组装之前,需要对木块进行钻孔以安装螺丝:
  • 钻孔后,每个圆柱体木块失去其质量的 5%。
  • 钻孔后,每个长方体木块失去其质量的 3%。
其余组件的质量服从正态分布,参数如下:
均值标准差
螺丝81.2
木板5408
在组装豪华跷跷板模型时,所有组件都是随机挑选的。

  1. (a)

    求一个随机挑选的圆柱体木块的质量比一个随机挑选的长方体木块的质量多 65 克以上的概率。

  2. (b)

    一个圆柱体木块质量的两倍与一个长方体木块质量的三倍之和小于 MM 克的概率为 0.355。求 MM 的值,结果四舍五入到最接近的整数。

  3. (c)

    求豪华跷跷板模型中所有修改后组件的总质量大于 1785 克的概率。

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完整解法

9(a)

1. Define the random variables and their initial distributions.

Let XX be the mass of a cylindrical block and YY be the mass of a cuboidal block.
X∼N(280,62)X \sim \mathrm{N}(280, 6^2)
Y∼N(220,52)Y \sim \mathrm{N}(220, 5^2)

2. Determine the expectation and variance of the difference $X - Y$.

E(X−Y)=E(X)−E(Y)=280−220=60\mathrm{E}(X - Y) = \mathrm{E}(X) - \mathrm{E}(Y) = 280 - 220 = 60
Var(X−Y)=Var(X)+Var(Y)=62+52=36+25=61\mathrm{Var}(X - Y) = \mathrm{Var}(X) + \mathrm{Var}(Y) = 6^2 + 5^2 = 36 + 25 = 61

3. State the distribution of $X - Y$ and calculate the required probability.

Since XX and YY are independent normal variables,
X−Y∼N(60,61)X - Y \sim \mathrm{N}(60, 61)
P(X−Y>65)≈0.26103≈0.261\mathrm{P}(X - Y > 65) \approx 0.26103 \approx 0.261 (to 3 s.f.)

答案

0.2610.261

9(b)

1. Formulate the random variable for the linear combination and calculate its expected value.

Let XX be the mass of a cylindrical block and YY be the mass of a cuboidal block.
X∼N(280,62)X \sim \mathrm{N}(280, 6^2) and Y∼N(220,52)Y \sim \mathrm{N}(220, 5^2).
Let WW be the total of twice the mass of a cylindrical block and thrice the mass of a cuboidal block. Then W=2X+3YW = 2X + 3Y.
E(W)=2E(X)+3E(Y)\mathrm{E}(W) = 2\mathrm{E}(X) + 3\mathrm{E}(Y)
E(W)=2(280)+3(220)=1220\mathrm{E}(W) = 2(280) + 3(220) = 1220

2. Calculate the variance of the linear combination.

Since the masses of the blocks are randomly selected and thus independent, the variance of WW is:
Var(W)=22Var(X)+32Var(Y)\mathrm{Var}(W) = 2^2\mathrm{Var}(X) + 3^2\mathrm{Var}(Y)
Var(W)=4(62)+9(52)\mathrm{Var}(W) = 4(6^2) + 9(5^2)
Var(W)=144+225=369\mathrm{Var}(W) = 144 + 225 = 369

3. State the resulting normal distribution and use the inverse normal method to find $M$.

Since XX and YY are normally distributed, their linear combination is also normally distributed:
W∼N(1220,369)W \sim \mathrm{N}(1220, 369)
We are given P(W<M)=0.355\mathrm{P}(W < M) = 0.355.
Using the inverse normal function on a graphing calculator:
M=1212.8569…M = 1212.8569\dots
Rounding to the nearest integer:
M≈1213M \approx 1213

答案

12131213

9(c)

1. Define the random variable for the total mass of the assembled seesaw model.

Let XX, YY, SS, and WW be the masses of a cylindrical block, cuboidal block, screw, and wooden plank respectively.
Let TT be the total mass of the deluxe seesaw model.
T=0.95X1+0.95X2+0.97Y1+0.97Y2+0.97Y3+S1+⋯+S7+WT = 0.95X_1 + 0.95X_2 + 0.97Y_1 + 0.97Y_2 + 0.97Y_3 + S_1 + \dots + S_7 + W

2. Calculate the expected value of $T$.

E(T)=2(0.95×280)+3(0.97×220)+7(8)+540\text{E}(T) = 2(0.95 \times 280) + 3(0.97 \times 220) + 7(8) + 540
=532+640.2+56+540= 532 + 640.2 + 56 + 540
=1768.2= 1768.2

3. Calculate the variance of $T$ and state its distribution.

Var(T)=2(0.952×62)+3(0.972×52)+7(1.22)+82\text{Var}(T) = 2(0.95^2 \times 6^2) + 3(0.97^2 \times 5^2) + 7(1.2^2) + 8^2
=2(0.9025×36)+3(0.9409×25)+7(1.44)+64= 2(0.9025 \times 36) + 3(0.9409 \times 25) + 7(1.44) + 64
=64.98+70.5675+10.08+64= 64.98 + 70.5675 + 10.08 + 64
=209.6275= 209.6275

Hence, T∼N(1768.2,209.6275)T \sim \text{N}(1768.2, 209.6275).

4. Calculate the probability that the total mass exceeds 1785 g.

P(T>1785)≈0.12297\text{P}(T > 1785) \approx 0.12297
≈0.123 (to 3 s.f.)\approx 0.123 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.1230.123

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