一家杂货店销售两种苹果:品牌 AA 和品牌 SS。这两种品牌苹果的质量(以克为单位)可以建模为相互独立的正态分布,其均值和标准差如下表所示。
均值标准差
品牌 AA82.22.2
品牌 SS78.83.1
你可以假设以下苹果样本是随机抽取的。

  1. (a)

    求一个品牌 AA 苹果的质量在 80 克到 84 克之间的概率。

  2. (b)

    求五个品牌 AA 苹果的总质量超过 408 克的概率。

  3. (c)

    一个削皮苹果的质量是其原始质量的 90%。求一个品牌 SS 苹果与一个削皮品牌 AA 苹果之间的质量差超过 1 克的概率。

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完整解法

8(a)

1. State the distribution for the mass of a Brand $A$ apple.

Let XX be the mass of a Brand AA apple in grams.
X∼N(82.2,2.22)X \sim \mathrm{N}(82.2, 2.2^2)

2. Calculate the required probability using a graphing calculator.

P(80<X<84)=0.634718⋯≈0.635\mathrm{P}(80 < X < 84) = 0.634718\dots \approx 0.635 (to 3 s.f.)

答案

0.6350.635

8(b)

1. Find the expected value and variance of the total mass of 5 independent Brand $A$ apples.

Let T=A1+A2+A3+A4+A5T = A_1 + A_2 + A_3 + A_4 + A_5 where AiA_i represents the mass of a Brand AA apple.
E(T)=5×82.2=411\mathrm{E}(T) = 5 \times 82.2 = 411
Var(T)=5×2.22=24.2\mathrm{Var}(T) = 5 \times 2.2^2 = 24.2

2. State the distribution of the total mass.

Since the mass of each apple is normally distributed and independent, their sum is also normally distributed.
T∼N(411,24.2)T \sim \mathrm{N}(411, 24.2)

3. Calculate the probability that the total mass is more than 408 grams.

P(T>408)=0.72901≈0.729 (to 3 s.f.)\mathrm{P}(T > 408) = 0.72901 \approx 0.729 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.7290.729

8(c)

1. Define a new random variable for the difference in mass and find its expected value.

Let D=S−0.9AD = S - 0.9A, where SS is the mass of a Brand SS apple and 0.9A0.9A is the mass of a peeled Brand AA apple.
E(D)=E(S)−0.9E(A)\mathrm{E}(D) = \mathrm{E}(S) - 0.9\mathrm{E}(A)
E(D)=78.8−0.9(82.2)\mathrm{E}(D) = 78.8 - 0.9(82.2)
E(D)=78.8−73.98=4.82\mathrm{E}(D) = 78.8 - 73.98 = 4.82

2. Calculate the variance of the difference in mass.

Since SS and AA are independent,
Var(D)=Var(S)+0.92Var(A)\mathrm{Var}(D) = \mathrm{Var}(S) + 0.9^2\mathrm{Var}(A)
Var(D)=3.12+0.81(2.22)\mathrm{Var}(D) = 3.1^2 + 0.81(2.2^2)
Var(D)=9.61+0.81(4.84)=13.5304\mathrm{Var}(D) = 9.61 + 0.81(4.84) = 13.5304
Thus, D∼N(4.82,13.5304)D \sim \mathrm{N}(4.82, 13.5304).

3. Formulate the probability that the absolute difference exceeds one gram.

The phrase "difference in mass" implies the absolute difference. We need to find P(∣D∣>1)\mathrm{P}(|D| > 1).
P(∣D∣>1)=P(D>1)+P(D<−1)\mathrm{P}(|D| > 1) = \mathrm{P}(D > 1) + \mathrm{P}(D < -1)

4. Evaluate the probability using a graphing calculator.

Using the normal cumulative distribution function on a graphing calculator:
P(D>1)≈0.85048\mathrm{P}(D > 1) \approx 0.85048
P(D<−1)≈0.05680\mathrm{P}(D < -1) \approx 0.05680
P(∣D∣>1)=0.85048+0.05680=0.90728\mathrm{P}(|D| > 1) = 0.85048 + 0.05680 = 0.90728
P(∣D∣>1)≈0.907 (to 3 s.f.)\mathrm{P}(|D| > 1) \approx 0.907 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.907

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