陈先生(学校的行政经理)认为他所在学校的 JC 学生在学校食堂购买并享用午餐平均需要 22 分钟。 在数据收集过程中,陈先生使用学校的电脑程序,根据学生的法定姓名首字母顺序,为他所在学校的每个 JC 学生分配一个号码,并使用随机数生成器抽取 50 名学生。被选中的学生接受了一项关于他们在某一天在学校食堂吃午餐所花时间的调查。 设随机变量 XX 表示在学校食堂吃午餐所花的时间(以分钟为单位),得到以下结果:∑x=1117\sum x = 1117,∑x2=25061\sum x^2 = 25061。

  1. (i)

    论证陈先生选出的 50 名 JC 学生群体是否为一个随机样本。

  2. (ii)

    计算变量 XX 的总体均值和方差的无偏估计。

  3. (iii)

    在 5% 的显著性水平下进行检验,以确定陈先生的看法是否成立。

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完整解法

10(i)

1. State the conclusion and justify using the definition of a random sample.

Yes, it is a random sample. By using a random number generator to select the students, every JC student in the school has an equal chance of being selected.

答案

Yes, it is a random sample as every student in the school has an equal chance of being selected.

10(ii)

1. Calculate the unbiased estimate for the population mean

xˉ=∑xn\bar{x} = \frac{\sum x}{n}
xˉ=111750=22.34\bar{x} = \frac{1117}{50} = 22.34

2. Calculate the unbiased estimate for the population variance

s2=1n−1(∑x2−(∑x)2n)s^2 = \frac{1}{n-1}\left(\sum x^2 - \frac{(\sum x)^2}{n}\right)
s2=150−1(25061−1117250)s^2 = \frac{1}{50-1}\left(25061 - \frac{1117^2}{50}\right)
s2=149(25061−24953.78)s^2 = \frac{1}{49}\left(25061 - 24953.78\right)
s2=107.2249=2.18816…s^2 = \frac{107.22}{49} = 2.18816\dots
s2≈2.19 (to 3 s.f.)s^2 \approx 2.19 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

Mean =22.34= 22.34, Variance =2.19= 2.19 (to 3 s.f.)

10(iii)

1. State the null and alternative hypotheses.

Let μ\mu be the population mean time taken by JC students to buy and consume their lunch.

H0:μ=22H_0: \mu = 22
H1:μ≠22H_1: \mu \neq 22

Level of significance, α=0.05\alpha = 0.05

2. Retrieve the unbiased estimates and calculate the test statistic and p-value.

From part (ii), the unbiased estimates are:
xˉ=111750=22.34\bar{x} = \frac{1117}{50} = 22.34
s2=149(25061−1117250)=107.2249≈2.1882s^2 = \frac{1}{49}\left(25061 - \frac{1117^2}{50}\right) = \frac{107.22}{49} \approx 2.1882

Under H0H_0, since the sample size n=50n = 50 is large, by the Central Limit Theorem, the sample mean Xˉ\bar{X} is approximately normally distributed. The test statistic is:
Z=Xˉ−μs/n≈22.34−222.188250Z = \frac{\bar{X} - \mu}{s / \sqrt{n}} \approx \frac{22.34 - 22}{\sqrt{\frac{2.1882}{50}}}

Using a graphing calculator (Z-Test):
z=1.6253≈1.63z = 1.6253 \approx 1.63 (to 3 s.f.)
p-value=0.10411≈0.104p\text{-value} = 0.10411 \approx 0.104 (to 3 s.f.)

3. State the conclusion of the test in the context of the question.

Since p-value=0.104>0.05p\text{-value} = 0.104 > 0.05, we do not reject H0H_0.

There is insufficient evidence at the 5%5\% level of significance to conclude that the average time spent by students for lunch is not 22 minutes. Thus, Mr Tan's belief is valid.

答案

Since the pp-value is 0.104>0.050.104 > 0.05, we do not reject H0H_0. There is insufficient evidence to conclude that the population mean time spent is not 22 minutes. Therefore, Mr Tan's belief is valid.

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