巧克力工厂生产的每批夹心巧克力都以每盒16颗进行包装。根据关于含糖量的新健康指南,实施了质量控制检测,结果表明平均而言,含糖量超过推荐标准的夹心巧克力比例为 pp。一盒中含糖量超过推荐标准的夹心巧克力数量记为 $X. 对于生产的每一批夹心巧克力,巧克力工厂通过测试一盒中由16颗巧克力组成的第一个随机样本,实施以下质量控制系统:
  • 如果一盒中最多有 1 颗夹心巧克力的含糖量超过推荐标准,则该批次被接收。
  • 如果一盒中有 3 颗或更多夹心巧克力的含糖量超过推荐标准,则该批次被拒收。
  • 如果一盒中有 2 颗夹心巧克力的含糖量超过推荐标准,则测试第二盒包含 16 颗夹心巧克力的样本。如果第二盒中最多有 1 颗夹心巧克力的含糖量超过推荐标准,则该批次被接收;否则,该批次被拒收。
已知 $p = 0.15.

  1. (a)
    1. (i)

      结合题目背景,陈述使 XX 能很好地用二项分布进行建模所需的两个假设。

    2. (ii)

      现在假设 XX 服从二项分布。

      已知在一盒中含糖量超过推荐标准的夹心巧克力的最可能数量为 2。求 pp 可取值的精确范围。

  2. (b)
    1. (i)

      求在该质量控制系统下,该批次夹心巧克力被接收的概率。

    2. (ii)

      已知该批次夹心巧克力被接收,求测试了第二盒巧克力的概率。

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完整解法

8(a)(i)

1. State the independence assumption in context

The probability that a praline exceeds the recommended sugar content must be independent of whether any other praline exceeds the recommended sugar content.

2. State the constant probability assumption in context

The probability of a praline exceeding the recommended sugar content is constant for all pralines in the box.

答案
  1. Whether a praline exceeds the recommended sugar content is independent of whether any other praline in the box exceeds it.
  2. The probability that a praline exceeds the recommended sugar content is constant for all pralines.

8(a)(ii)

1. Formulate the conditions for $X=2$ to be the unique most probable outcome.

For X=2X=2 to be the most probable number of successes, its probability must be strictly greater than its adjacent probabilities:
P(X=2)>P(X=1)P(X=2) > P(X=1)
P(X=2)>P(X=3)P(X=2) > P(X=3)

2. Set up and solve the inequality $P(X=2) > P(X=1)$ for $p$.

(162)p2(1−p)14>(161)p(1−p)15\binom{16}{2}p^2(1-p)^{14} > \binom{16}{1}p(1-p)^{15}
120p2(1−p)14>16p(1−p)15120p^2(1-p)^{14} > 16p(1-p)^{15}
Since 0<p<10 < p < 1, we can divide both sides by 16p(1−p)1416p(1-p)^{14}:
152p>1−p\frac{15}{2}p > 1-p
15p>2−2p15p > 2 - 2p
17p>2  ⟹  p>21717p > 2 \implies p > \frac{2}{17}

3. Set up and solve the inequality $P(X=2) > P(X=3)$ and combine the results.

(162)p2(1−p)14>(163)p3(1−p)13\binom{16}{2}p^2(1-p)^{14} > \binom{16}{3}p^3(1-p)^{13}
120p2(1−p)14>560p3(1−p)13120p^2(1-p)^{14} > 560p^3(1-p)^{13}
Divide both sides by 40p2(1−p)1340p^2(1-p)^{13}:
3(1−p)>14p3(1-p) > 14p
3−3p>14p3 - 3p > 14p
17p<3  ⟹  p<31717p < 3 \implies p < \frac{3}{17}
Combining the two inequalities gives the exact range for pp:
217<p<317\frac{2}{17} < p < \frac{3}{17}

答案

217<p<317\frac{2}{17} < p < \frac{3}{17}

8(b)(i)

1. Formulate the total probability of accepting the batch

Let X∼B(16,0.15)X \sim \mathrm{B}(16, 0.15).

The batch is accepted if X≤1X \le 1 in the first box, or if X=2X = 2 in the first box and X≤1X \le 1 in the second box.
P(accepted)=P(X≤1)+P(X=2)×P(X≤1)\mathrm{P}(\text{accepted}) = \mathrm{P}(X \le 1) + \mathrm{P}(X = 2) \times \mathrm{P}(X \le 1)

2. Evaluate the probability using the binomial distribution

Using a graphing calculator:
P(X≤1)≈0.28391\mathrm{P}(X \le 1) \approx 0.28391
P(X=2)≈0.27748\mathrm{P}(X = 2) \approx 0.27748

P(accepted)=0.283907+0.277484×0.283907\mathrm{P}(\text{accepted}) = 0.283907 + 0.277484 \times 0.283907
=0.362687= 0.362687
≈0.363 (to 3 s.f.)\approx 0.363 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.3630.363

8(b)(ii)

1. Set up the conditional probability using events from the problem

Let AA be the event that the batch is accepted, and BB be the event that a second box is tested.
P(B∣A)=P(B∩A)P(A)P(B \mid A) = \frac{P(B \cap A)}{P(A)}
From the context, the batch is accepted after a second box is tested if the first box has exactly 2 defectives and the second box has ≤1\le 1 defective.
P(B∩A)=P(X1=2)×P(X2≤1)P(B \cap A) = P(X_1 = 2) \times P(X_2 \le 1)
The total probability of acceptance is:
P(A)=P(X1≤1)+P(X1=2)×P(X2≤1)P(A) = P(X_1 \le 1) + P(X_1 = 2) \times P(X_2 \le 1)

2. Substitute the binomial probabilities and calculate the final probability

Using X∼B(16,0.15)X \sim \text{B}(16, 0.15):
P(X≤1)≈0.28391P(X \le 1) \approx 0.28391
P(X=2)≈0.27748P(X = 2) \approx 0.27748

Substituting these values:
P(B∣A)=0.27748×0.283910.28391+(0.27748×0.28391)P(B \mid A) = \frac{0.27748 \times 0.28391}{0.28391 + (0.27748 \times 0.28391)}
=0.0787800.36269= \frac{0.078780}{0.36269}
=0.21721…= 0.21721 \dots
≈0.217 (3 s.f.)\approx 0.217 \text{ (3 s.f.)}

答案

0.2170.217

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