每天有一班列车从 A 镇开往 B 镇,计划于 08:00 抵达 B 镇。在运营的第一年里,它于 07:00 从 A 镇出发,结果发现平均每 4 天就会有一次晚点到达 B 镇。在第二年里,它于 06:50 从 A 镇出发,每 20 天晚点一次。假设行驶时间服从正态分布,求行驶时间的标准差(精确到最接近的分钟)。

  1. ((b))

    每天有另一班列车从 B 镇开往 C 镇。该列车计划于 12:00 抵达 C 镇。此段行程所需的时间是一个均值为 80 分钟、方差为 9 的正态随机变量。求该列车从 B 镇出发的最晚时间(精确到最接近的分钟),以确保其在 C 镇晚点到达的概率不超过 0.02。

  2. ((b))

    火车从B镇出发的时间现固定为 1040 时,在 20 天内对该火车到达C镇的时间进行了观察。求该火车的平均到达时间与预定到达时间 1200 时相差在 2 分钟以内的概率。

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完整解法

9((b))

1. Set up the probability inequality for the train arriving late.

Let XX be the travel time in minutes. We are given X∼N(80,32)X \sim \mathrm{N}(80, 3^2).
Let tt be the allowed travel time. The train is late if X>tX > t.
We require P(X>t)≤0.02\mathrm{P}(X > t) \le 0.02.

2. Solve for the minimum allowed travel time $t$.

Standardising the variable:
P(Z>t−803)≤0.02\mathrm{P}\left(Z > \frac{t - 80}{3}\right) \le 0.02
Using the inverse normal distribution for an upper tail area of 0.020.02 (or cumulative area of 0.980.98):
t−803≥2.0537\frac{t - 80}{3} \ge 2.0537
t≥80+3(2.0537)=86.161 minutest \ge 80 + 3(2.0537) = 86.161\text{ minutes}

3. Calculate the latest departure time that satisfies the condition.

The minimum travel time is 86.16186.161 minutes (or 11 hour and 26.16126.161 minutes).
The exact latest departure time is 1200 hrs−1 h 26.161 m=1033.839 hrs1200\text{ hrs} - 1\text{ h } 26.161\text{ m} = 1033.839\text{ hrs} (which is 10:33 and 50 seconds).
Rounding to the nearest minute purely by numerical value gives 1034 hrs1034\text{ hrs}. However, a travel time of 8686 minutes gives P(X>86)≈0.0228>0.02\mathrm{P}(X > 86) \approx 0.0228 > 0.02.
To strictly ensure the probability does not exceed 0.020.02, we must round down the clock time to depart earlier:
Latest departure time =1033 hrs= 1033\text{ hrs}.

答案

1033\text{ hrs}

9((b))

1. State the distribution of the sample mean journey time over 20 days.

From the earlier context, let the journey time be TT. We are given T∼N(80,9)T \sim \text{N}(80, 9).
For a sample of n=20n = 20 days, the sample mean Tˉ\bar{T} follows a normal distribution with the same mean but a reduced variance:
Tˉ∼N(80,920)\bar{T} \sim \text{N}\left(80, \frac{9}{20}\right)
Tˉ∼N(80,0.45)\bar{T} \sim \text{N}(80, 0.45)

2. Determine the required range for $\bar{T}$ based on the arrival times.

The scheduled arrival time is 1200 hrs. Since the departure is fixed at 1040 hrs, the journey must take exactly 1200−1040=801200 - 1040 = 80 minutes to arrive exactly on schedule.
For the average arrival time to be within 2 minutes of 1200 hrs, the average journey time Tˉ\bar{T} must be within 80±280 \pm 2 minutes.
Therefore, we need to find P(78<Tˉ<82)\text{P}(78 < \bar{T} < 82).

3. Calculate the probability using the normal distribution.

Using a graphing calculator to find the area under the normal curve for Tˉ∼N(80,0.45)\bar{T} \sim \text{N}(80, 0.45):
P(78<Tˉ<82)≈0.997135\text{P}(78 < \bar{T} < 82) \approx 0.997135
P(78<Tˉ<82)=0.997 (to 3 s.f.)\text{P}(78 < \bar{T} < 82) = 0.997 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.9970.997

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