水果按重量出售。苹果的售价为每千克 $2,橙子的售价为每千克 $3。苹果和橙子的质量(以千克为单位)被建模为具有独立的正态分布,其均值和标准差如表中所示。
平均质量标准差
苹果0.20.05
橙子0.30.08

  1. (i)

    求 3 个苹果和 1 个橙子重量之差小于 0.2 kg 的概率。

  2. (ii)

    求 5 个苹果和 5 个橙子的总售价超过 $5 的概率。

  3. (iii)

    求最小的 nn 值,使得随机选择的 nn 个苹果的平均重量大于 0.21 kg 的概率小于 0.3。

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完整解法

8(i)

1. Define the random variable for the difference and calculate its mean and variance.

Let AA be the mass of an apple and RR be the mass of an orange, such that A∼N(0.2,0.052)A \sim \mathrm{N}(0.2, 0.05^2) and R∼N(0.3,0.082)R \sim \mathrm{N}(0.3, 0.08^2).
Let WW be the difference in mass between 3 randomly chosen apples and 1 orange. Thus, W=A1+A2+A3−RW = A_1 + A_2 + A_3 - R.

E(W)=3E(A)−E(R)=3(0.2)−0.3=0.3\mathrm{E}(W) = 3\mathrm{E}(A) - \mathrm{E}(R) = 3(0.2) - 0.3 = 0.3
Var(W)=3Var(A)+Var(R)=3(0.052)+0.082=0.0139\mathrm{Var}(W) = 3\mathrm{Var}(A) + \mathrm{Var}(R) = 3(0.05^2) + 0.08^2 = 0.0139

So, W∼N(0.3,0.0139)W \sim \mathrm{N}(0.3, 0.0139).

2. Evaluate the probability that the absolute difference is less than 0.2 kg.

We require P(∣W∣<0.2)\mathrm{P}(|W| < 0.2), which is P(−0.2<W<0.2)\mathrm{P}(-0.2 < W < 0.2).
Using a graphing calculator:
P(−0.2<W<0.2)≈0.19816\mathrm{P}(-0.2 < W < 0.2) \approx 0.19816
P≈0.198 (to 3 s.f.)\mathrm{P} \approx 0.198 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.1980.198

8(ii)

1. Define the random variable for the total selling price and calculate its expected value.

Let CC be the total selling price of 5 apples and 5 oranges.
C=2(A1+A2+⋯+A5)+3(O1+O2+⋯+O5)C = 2(A_1 + A_2 + \dots + A_5) + 3(O_1 + O_2 + \dots + O_5)
E(C)=2(5×0.2)+3(5×0.3)=2(1)+3(1.5)=6.5\mathrm{E}(C) = 2(5 \times 0.2) + 3(5 \times 0.3) = 2(1) + 3(1.5) = 6.5

2. Calculate the variance of the total selling price.

Var(C)=22(5×0.052)+32(5×0.082)\mathrm{Var}(C) = 2^2(5 \times 0.05^2) + 3^2(5 \times 0.08^2)
=4(0.0125)+9(0.032)=0.05+0.288=0.338= 4(0.0125) + 9(0.032) = 0.05 + 0.288 = 0.338

3. State the distribution of $C$ and calculate the required probability.

Since the individual masses are normally distributed, C∼N(6.5,0.338)C \sim \mathrm{N}(6.5, 0.338).
P(C>5)≈0.995059\mathrm{P}(C > 5) \approx 0.995059
P(C>5)≈0.995 (to 3 s.f.)\mathrm{P}(C > 5) \approx 0.995 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.9950.995

8(iii)

1. State the distribution of the sample mean weight of $n$ apples.

Let Xˉ\bar{X} be the mean weight of nn randomly chosen apples.
Xˉ∼N(0.2,0.052n)\bar{X} \sim \mathrm{N}\left(0.2, \frac{0.05^2}{n}\right)

2. Set up the probability inequality and standardise.

We require P(Xˉ>0.21)<0.3\mathrm{P}(\bar{X} > 0.21) < 0.3.
Standardising the normal variable gives:
P(Z>0.21−0.20.05/n)<0.3\mathrm{P}\left(Z > \frac{0.21 - 0.2}{0.05 / \sqrt{n}}\right) < 0.3
P(Z>0.2n)<0.3\mathrm{P}(Z > 0.2\sqrt{n}) < 0.3

3. Solve for $n$ using the inverse normal distribution.

For the standard normal distribution, the value zz such that P(Z>z)=0.3\mathrm{P}(Z > z) = 0.3 is approximately 0.52440.5244.
Therefore, we need the test statistic to be strictly greater than this value:
0.2n>0.52440.2\sqrt{n} > 0.5244
n>2.622\sqrt{n} > 2.622
n>6.875n > 6.875
Since nn must be an integer, the least value of nn is 77.

答案

n=7n = 7

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