下图显示了一个半径为 40 cm 的圆形靶盘,由两个半径分别为 12 cm 和 24 cm 的同心圆分成三个区域:金色、红色和蓝色。 向靶盘射箭,射中金色、红色和蓝色区域的得分分别为 10 分、6 分和 3 分。落在靶盘外的箭得 0 分。 亚历克斯向靶盘射了一支箭。他的箭落在靶盘上的概率为 pp,其中 p>0.5p > 0.5。如果他的箭落在靶盘上,则箭落在靶盘上任何位置的可能性是相等的。设 XX 表示单次射击所得的分数。 你可以假设箭不会落在任何区域的边界上。

  1. (a)

    证明 P(X=6)=0.27p\mathrm{P}(X = 6) = 0.27p。

  2. (b)

    已知 Var⁡(X)=5.464476\operatorname{Var}(X) = 5.464476,求 pp 的值。

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完整解法

8(a)

1. Calculate the total area of the target board and the area of the Red region.

Area of target board =π(40)2=1600π cm2= \pi(40)^2 = 1600\pi\text{ cm}^2

Area of Red region =π(24)2−π(12)2=576π−144π=432π cm2= \pi(24)^2 - \pi(12)^2 = 576\pi - 144\pi = 432\pi\text{ cm}^2

2. Determine $\mathrm{P}(X=6)$ by multiplying the probability of landing on the board by the conditional probability of landing in the Red region.

P(Red∣lands on board)=432π1600π=27100=0.27\mathrm{P}(\text{Red} \mid \text{lands on board}) = \frac{432\pi}{1600\pi} = \frac{27}{100} = 0.27

P(X=6)=P(lands on board)×P(Red∣lands on board)\mathrm{P}(X=6) = \mathrm{P}(\text{lands on board}) \times \mathrm{P}(\text{Red} \mid \text{lands on board})
P(X=6)=p×0.27=0.27p\mathrm{P}(X=6) = p \times 0.27 = 0.27p

答案

P(X=6)=0.27p\mathrm{P}(X=6) = 0.27p (shown)

8(b)

1. Determine the full probability distribution of $X$.

P(X=10)=π(12)2π(40)2p=144π1600πp=0.09p\mathrm{P}(X=10) = \frac{\pi(12)^2}{\pi(40)^2} p = \frac{144\pi}{1600\pi} p = 0.09p
From part (a), P(X=6)=0.27p\mathrm{P}(X=6) = 0.27p.
P(X=3)=π(40)2−π(24)2π(40)2p=1600π−576π1600πp=0.64p\mathrm{P}(X=3) = \frac{\pi(40)^2 - \pi(24)^2}{\pi(40)^2} p = \frac{1600\pi - 576\pi}{1600\pi} p = 0.64p
P(X=0)=1−p\mathrm{P}(X=0) = 1 - p

2. Calculate the expected value, $\operatorname{E}(X)$.

E⁡(X)=10(0.09p)+6(0.27p)+3(0.64p)+0(1−p)\operatorname{E}(X) = 10(0.09p) + 6(0.27p) + 3(0.64p) + 0(1-p)
E⁡(X)=0.9p+1.62p+1.92p=4.44p\operatorname{E}(X) = 0.9p + 1.62p + 1.92p = 4.44p

3. Calculate the expected value of the squares, $\operatorname{E}(X^2)$.

E⁡(X2)=102(0.09p)+62(0.27p)+32(0.64p)+02(1−p)\operatorname{E}(X^2) = 10^2(0.09p) + 6^2(0.27p) + 3^2(0.64p) + 0^2(1-p)
E⁡(X2)=100(0.09p)+36(0.27p)+9(0.64p)\operatorname{E}(X^2) = 100(0.09p) + 36(0.27p) + 9(0.64p)
E⁡(X2)=9p+9.72p+5.76p=24.48p\operatorname{E}(X^2) = 9p + 9.72p + 5.76p = 24.48p

4. Form the variance equation and solve for $p$.

Var⁡(X)=E⁡(X2)−[E⁡(X)]2\operatorname{Var}(X) = \operatorname{E}(X^2) - [\operatorname{E}(X)]^2
5.464476=24.48p−(4.44p)25.464476 = 24.48p - (4.44p)^2
5.464476=24.48p−19.7136p25.464476 = 24.48p - 19.7136p^2
19.7136p2−24.48p+5.464476=019.7136p^2 - 24.48p + 5.464476 = 0
Using the quadratic formula:
p=−(−24.48)±(−24.48)2−4(19.7136)(5.464476)2(19.7136)p = \frac{-(-24.48) \pm \sqrt{(-24.48)^2 - 4(19.7136)(5.464476)}}{2(19.7136)}
p=24.48±168.372423739.4272p = \frac{24.48 \pm \sqrt{168.3724237}}{39.4272}
p=0.95orp≈0.2918p = 0.95 \quad \text{or} \quad p \approx 0.2918
Since it is given that p>0.5p > 0.5, we reject p≈0.2918p \approx 0.2918.
p=0.95p = 0.95

答案

p=0.95p = 0.95

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