乙组:概率与统计[35分] 根据过去的数据,某校学生完成 H2 数学 A-level 考试试卷的平均时间为 170 分钟。在 2024 年 6 月,陈老师认为这届学生还没有准备好迎接考试,需要超过 170 分钟才能完成该试卷。她将同一份试卷发给 50 名学生,假设 these 学生之前没有见过这份试卷。她记录了每个学生所花费的时间并进行了一项检验。

  1. (a)

    写出针对该老师想法的零假设和备择假设,并定义你所使用的任何参数。

  2. (b)

    已知 50 名学生的样本平均耗时为 172.1 分钟,样本方差为 53.8 minutes2\text{minutes}^2,在 5% 的显著性水平下,检验该老师的想法是否得到支持。

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完整解法

8(a)

1. Define the population parameter being tested

Let μ\mu be the population mean time, in minutes, taken by this cohort of students to complete the examination paper.

2. State the null and alternative hypotheses

H0:μ=170H_0: \mu = 170
H1:μ>170H_1: \mu > 170

答案

Let μ\mu be the population mean time taken by this cohort of students to complete the examination paper.
H0:μ=170H_0: \mu = 170
H1:μ>170H_1: \mu > 170

8(b)

1. Calculate the unbiased estimate of the population variance

Given the sample variance is 53.853.8, we calculate the unbiased estimate of the population variance, s2s^2:
s2=nn−1×sample variance=5049×53.8=269049≈54.898s^2 = \frac{n}{n-1} \times \text{sample variance} = \frac{50}{49} \times 53.8 = \frac{2690}{49} \approx 54.898

2. State the test statistic and its distribution

From part (a), the hypotheses are H0:μ=170H_0: \mu = 170 and H1:μ>170H_1: \mu > 170.
Since the sample size n=50≥30n = 50 \ge 30, by the Central Limit Theorem, the sample mean Xˉ\bar{X} is approximately normally distributed.
Under H0H_0, the test statistic is:
Z=Xˉ−μs/n∼N(0,1) approximatelyZ = \frac{\bar{X} - \mu}{s / \sqrt{n}} \sim N(0, 1) \text{ approximately}

3. Calculate the value of the test statistic and the corresponding $p$-value

Substitute the values into the test statistic:
z=172.1−17054.898/50≈2.0041z = \frac{172.1 - 170}{\sqrt{54.898 / 50}} \approx 2.0041
For a right-tailed test (H1:μ>170H_1: \mu > 170),
p-value=P(Z>2.0041)≈0.02253p\text{-value} = \mathrm{P}(Z > 2.0041) \approx 0.02253

4. Conclude the hypothesis test based on the $p$-value

Since the pp-value =0.0225<0.05= 0.0225 < 0.05, we reject H0H_0.
There is sufficient evidence at the 5% level of significance to conclude that the mean time taken by students to complete the examination paper is more than 170 minutes. Hence, the teacher's belief is supported.

答案

Since pp-value ≈0.0225<0.05\approx 0.0225 < 0.05, we reject H0H_0. The teacher's belief is supported.

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