亚历克斯(Alex)和本(Ben)进行了一场由十局组成的乒乓球比赛,在每一局中,本输掉的概率均为 0.7。

  1. (i)

    在此背景下,写出使用二项分布来对本输掉的局数进行建模所需的一个假设。

  2. (ii)

    假设第 (i) 部分中作出的假设成立。

    求本输掉超过一半局数的概率。

  3. (iii)

    为了提高自己的乒乓球技术,本参加了强化训练项目。完成训练后,本决定与亚历克斯再进行一场由 nn 局组成的比赛。假设本在这 nn 局比赛中输掉的局数服从分布 B(n,0.3)\text{B}(n, 0.3)。

    求满足本输掉超过 8 局的概率最多为 0.01 的 nn 的最大值。

  4. (iv)

    已知 n=50n = 50,使用合适的近似方法求本输掉的局数在 10 到 20 局之间(含两端值)的概率。写出你所使用的分布的参数。

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完整解法

10(i)

1. State one assumption required for the binomial model in the context of the question.

For a binomial model to be valid, the trials must be independent or have a constant probability of success. In this context, it assumes that the outcome of each game (whether Ben loses) is independent of the outcome of any other game.

答案

The outcome of each game is independent of the outcomes of the other games.
(Alternatively: The probability that Ben loses a game remains constant for all the games.)

10(ii)

1. Define the random variable and formulate the required probability expression

Let XX be the number of games Ben loses out of 1010.
X∼B(10,0.7)X \sim \text{B}(10, 0.7)
Since he plays 10 games, 'more than half' means he loses strictly more than 5 games.
We need to find P(X>5)\mathrm{P}(X > 5).

2. Evaluate the probability using a graphing calculator

P(X>5)=1−P(X≤5)\mathrm{P}(X > 5) = 1 - \mathrm{P}(X \le 5)
P(X>5)=1−0.150268\mathrm{P}(X > 5) = 1 - 0.150268
P(X>5)≈0.850 (to 3 s.f.)\mathrm{P}(X > 5) \approx 0.850 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.8500.850

10(iii)

1. Formulate the probability inequality using the given binomial distribution.

Let YY be the number of games Ben loses out of nn games.
Given Y∼B(n,0.3)Y \sim \text{B}(n, 0.3).
We require P(Y>8)≤0.01\mathrm{P}(Y > 8) \le 0.01.
This is equivalent to 1−P(Y≤8)≤0.011 - \mathrm{P}(Y \le 8) \le 0.01
⇒P(Y≤8)≥0.99\Rightarrow \mathrm{P}(Y \le 8) \ge 0.99

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

Using a graphing calculator to tabulate values of P(Y≤8)\mathrm{P}(Y \le 8) for different values of nn:
When n=14n = 14, P(Y≤8)=0.9917≥0.99\mathrm{P}(Y \le 8) = 0.9917 \ge 0.99
When n=15n = 15, P(Y≤8)=0.9848<0.99\mathrm{P}(Y \le 8) = 0.9848 < 0.99

3. Conclude the greatest value of $n$.

Since P(Y≤8)\mathrm{P}(Y \le 8) decreases as nn increases, the greatest value of nn that satisfies the inequality is 1414.

答案

1414

10(iv)

1. Calculate the mean and variance of the binomial distribution to use for the approximation.

Let XX be the number of games Ben loses out of 5050.
From the question, X∼B(50,0.3)X \sim \text{B}(50, 0.3).
Mean, μ=np=50×0.3=15\mu = np = 50 \times 0.3 = 15
Variance, σ2=np(1−p)=50×0.3×(1−0.3)=10.5\sigma^2 = np(1-p) = 50 \times 0.3 \times (1 - 0.3) = 10.5

2. State the suitable approximation and its parameters.

Since nn is large, np=15>5np = 15 > 5 and n(1−p)=35>5n(1-p) = 35 > 5, a normal approximation is suitable.
Thus, XX is approximately normally distributed: X∼N(15,10.5)X \sim \text{N}(15, 10.5).
The parameters of the normal distribution used are μ=15\mu = 15 and σ2=10.5\sigma^2 = 10.5.

3. Apply the continuity correction and calculate the probability.

We need to find P(10≤X≤20)P(10 \le X \le 20).
Applying continuity correction for the continuous normal approximation:
P(10≤X≤20)≈P(10−0.5<X<20+0.5)P(10 \le X \le 20) \approx P(10 - 0.5 < X < 20 + 0.5)
=P(9.5<X<20.5)= P(9.5 < X < 20.5)
Using a graphing calculator with μ=15\mu = 15 and σ=10.5\sigma = \sqrt{10.5}:
P(9.5<X<20.5)≈0.91037≈0.910P(9.5 < X < 20.5) \approx 0.91037 \approx 0.910 (to 3 s.f.)

答案

Parameters: μ=15\mu = 15, σ2=10.5\sigma^2 = 10.5
Probability ≈0.910\approx 0.910

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