某公司制造的科学计算器中,平均每 40 台中有一台是有故障的。一家教育商店的经理决定向该公司订购 nn 台科学计算器。随机选择的科学计算器有故障这一事件与另一个随机选择的计算器是否有故障是相互独立的。这批科学计算器中出现故障的数量用随机变量 XX 表示。

  1. (i)

    结合题目情境,指出将 XX 很好地建模为二项分布所需的一个假设。

  2. (ii)

    假设经理订购的有故障科学计算器数量服从二项分布。

    对于 n=30n = 30 的情况,求 XX 的分布的均值和方差,并由此确定 XX 与其均值的差小于其标准差的 2 倍的概率。

  3. (iii)

    如果故障计算器数量大于 2 的概率至多为 0.05,求该经理需要订购的科学计算器的最大数量。

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完整解法

13(i)

1. State the missing assumption for a binomial model in the given context

The binomial distribution requires a fixed number of trials, independent events, two possible outcomes, and a constant probability of success. Since independence, a fixed number of trials (nn), and two outcomes (faulty or not) are already established in the question, the remaining assumption is the constant probability of success.

答案

The probability that a randomly chosen scientific calculator is faulty remains constant.

13(ii)

1. Calculate the mean and variance for $n=30$.

Given X∼B(30,140)X \sim \mathrm{B}\left(30, \dfrac{1}{40}\right):

Mean, μ=np=30(140)=0.75\text{Mean, } \mu = np = 30 \left(\dfrac{1}{40}\right) = 0.75

Variance, σ2=np(1−p)=30(140)(3940)=117160=0.73125\text{Variance, } \sigma^2 = np(1-p) = 30 \left(\dfrac{1}{40}\right)\left(\dfrac{39}{40}\right) = \dfrac{117}{160} = 0.73125

2. Determine the interval of values that differ from the mean by less than 2 standard deviations.

Standard deviation, σ=0.73125≈0.85513\text{Standard deviation, } \sigma = \sqrt{0.73125} \approx 0.85513

We need to find the probability that ∣X−μ∣<2σ|X - \mu| < 2\sigma:
∣X−0.75∣<2(0.85513)|X - 0.75| < 2(0.85513)
∣X−0.75∣<1.7103|X - 0.75| < 1.7103
−1.7103<X−0.75<1.7103-1.7103 < X - 0.75 < 1.7103
−0.9603<X<2.4603-0.9603 < X < 2.4603

3. Identify the relevant integer values for $X$ and calculate the required probability.

Since XX represents the number of faulty calculators, it must be a non-negative integer (X=0,1,2,…,30X = 0, 1, 2, \dots, 30).
The integer values satisfying the inequality are X=0,1,2X = 0, 1, 2.

P(−0.9603<X<2.4603)=P(0≤X≤2)=P(X≤2)\mathrm{P}(-0.9603 < X < 2.4603) = \mathrm{P}(0 \le X \le 2) = \mathrm{P}(X \le 2)

Using a graphing calculator:
P(X≤2)≈0.96158\mathrm{P}(X \le 2) \approx 0.96158
P(X≤2)=0.962 (to 3 s.f.)\mathrm{P}(X \le 2) = 0.962 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

Mean=0.75\text{Mean} = 0.75
Variance=0.73125\text{Variance} = 0.73125
Probability=0.962\text{Probability} = 0.962

13(iii)

1. Set up the probability inequality in terms of $n$.

Let XX be the number of faulty calculators in a sample of size nn. Then X∼B(n,140)X \sim \text{B}\left(n, \frac{1}{40}\right).
We are given that P(X>2)≤0.05\text{P}(X > 2) \le 0.05.
Using the complement rule, this is equivalent to:
1−P(X≤2)≤0.051 - \text{P}(X \le 2) \le 0.05
P(X≤2)≥0.95\text{P}(X \le 2) \ge 0.95

2. Use a graphing calculator to test integer values for $n$.

Using the table function on a graphing calculator for P(X≤2)\text{P}(X \le 2) with parameter nn:
When n=33n = 33, P(X≤2)≈0.95106>0.95\text{P}(X \le 2) \approx 0.95106 > 0.95
When n=34n = 34, P(X≤2)≈0.94729<0.95\text{P}(X \le 2) \approx 0.94729 < 0.95

3. Conclude the largest possible number of calculators.

Since P(X≤2)\text{P}(X \le 2) drops below 0.950.95 when nn increases to 3434, the maximum integer value of nn that satisfies the condition is 3333.

答案

3333

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