一个圆形靶盘由3个同心圆组成,如下图所示。 这些圆具有相同的圆心,其半径分别为 10 cm、20 cm 和 30 cm。一名选手使用这个靶盘进行飞镖游戏。选手完全脱靶(未击中靶盘)的概率为 15\dfrac{1}{5},如果他脱靶,则得 0 分。 可以假设,如果他击中靶盘,飞镖落在靶盘上任何位置的可能性是相等的。 如果飞镖落在最内侧的圆内,选手得 5 分;如果飞镖落在最内侧圆和中间圆之间,得 3 分;如果飞镖落在中间圆和最外侧圆之间,得 1 分。可以假设飞镖不会落在圆周上。

  1. (a)

    证明选手在 1 次投掷中,得 5 分、3 分和 1 分的概率分别为 445\dfrac{4}{45}、415\dfrac{4}{15} 和 49\dfrac{4}{9}。

  2. (b)

    列出 XX 的概率分布表。

  3. (c)

    求 E(X)E(X) 的精确值。

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完整解法

7(a)

1. Find the probability of landing a dart on the target board.

\text{P}(\text{hit target board}) = 1 - \text{P}(\text{miss}) = 1 - \frac{1}{5} = \frac{4}{5}

2. Calculate the total area and the area of each scoring region.

\text{Total area} = \pi(30)^2 = 900\pi \text{ cm}^2

\text{Area for 5 points} = \pi(10)^2 = 100\pi \text{ cm}^2

\text{Area for 3 points} = \pi(20)^2 - \pi(10)^2 = 400\pi - 100\pi = 300\pi \text{ cm}^2

\text{Area for 1 point} = \pi(30)^2 - \pi(20)^2 = 900\pi - 400\pi = 500\pi \text{ cm}^2

3. Show the required probabilities by multiplying the probability of a hit by the respective area ratios.

\text{P}(5 \text{ points}) = \frac{4}{5} \times \frac{100\pi}{900\pi} = \frac{4}{45} \text{ (shown)}

\text{P}(3 \text{ points}) = \frac{4}{5} \times \frac{300\pi}{900\pi} = \frac{4}{15} \text{ (shown)}

\text{P}(1 \text{ point}) = \frac{4}{5} \times \frac{500\pi}{900\pi} = \frac{4}{9} \text{ (shown)}

答案

\text{P}(5 \text{ points}) = \frac{4}{45} \
\text{P}(3 \text{ points}) = \frac{4}{15} \
\text{P}(1 \text{ point}) = \frac{4}{9}

7(b)

1. Identify all possible scores ($X$) and their corresponding probabilities to construct the probability distribution table.

The problem defines the score of a player in a throw as XX. The player scores 00 points if they miss the target board, which has a given probability of 15\frac{1}{5}.

Using the probabilities derived in part (a) for the other scores, we have:
P(X=0)=15P(X=0) = \frac{1}{5}
P(X=1)=49P(X=1) = \frac{4}{9}
P(X=3)=415P(X=3) = \frac{4}{15}
P(X=5)=445P(X=5) = \frac{4}{45}

Tabulating these values gives the probability distribution of XX:

x0135P(X=x)1549415445\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline x & 0 & 1 & 3 & 5 \\ \hline P(X=x) & \frac{1}{5} & \frac{4}{9} & \frac{4}{15} & \frac{4}{45} \\ \hline \end{array}
答案
x0135P(X=x)1549415445\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline x & 0 & 1 & 3 & 5 \\ \hline P(X=x) & \frac{1}{5} & \frac{4}{9} & \frac{4}{15} & \frac{4}{45} \\ \hline \end{array}

7(c)

1. Apply the expectation formula using the probability distribution of $X$

E(X)=∑xP(X=x)\text{E}(X) = \sum x \text{P}(X=x)
E(X)=(0)(15)+(1)(49)+(3)(415)+(5)(445)\text{E}(X) = (0)\left(\frac{1}{5}\right) + (1)\left(\frac{4}{9}\right) + (3)\left(\frac{4}{15}\right) + (5)\left(\frac{4}{45}\right)

2. Evaluate the exact numerical value of the expectation

E(X)=0+49+1215+2045\text{E}(X) = 0 + \frac{4}{9} + \frac{12}{15} + \frac{20}{45}
E(X)=2045+3645+2045\text{E}(X) = \frac{20}{45} + \frac{36}{45} + \frac{20}{45}
E(X)=7645\text{E}(X) = \frac{76}{45}

答案

7645\frac{76}{45}

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