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1 随机事件及其概率样本空间事件的关系及 运算 一、任意抛掷一颗骰子,观察出现的点数。设事件表示“出现 偶数点”,事件表示“出现的点数能被3整除” (1)写出试验的样本点及样本空间; (2)把事件及分别表示为样本点的集合; (3)事件分别表示什么事件?并把它们表示为样本点的 集合 解:设表示“出现点”,则 (1)样本点为;样本空间为 (2); (3),表示“出现奇数点”;,表示“出现的点数不能被3整 除”;,表示“出现的点数能被2或3整除”;,表示“出现的点数 能被2整除且能被3整除”;,表示“出现的点数既不能被2整除 也不能被3整除” 二、写出下列随机试验的样本空间及各个事件中的样本点: (1)同时掷三枚骰子,记录三枚骰子的点数之和“点数 之和大于10”,“点 数之和小于15” (2)一盒中有5只外形相同的电子元件,分别标有号码1, 2,3,4,5从中任取3 只,“最小号码为1” 解:(1) 设表示“点数之和等于”,则 ; ; (2) 设表示“出现号码为”,则 三、设为三个事件,用事件之间的运算表示下列事件: (1) 发生, 与都不发生; (2) 都发生; (3) 中至少有两个发生; (4) 中至多有两个发生 解:(1) ; (2) ; (3) 或 (4) 或或 四、一个工人生产了n个零件,以表示他生产的第 个零件是合 格品()用表示下列事件: (1)没有一个零件是不合格品; (2)至少有一个零件是不合格品; (3)仅有一个零件是不合格品; (4)至少有一个零件不是不合格品 解:(1) ; (2) 或; (3) (4) 或 2 概率的古典定义概率加法定理 一、电话号码由七个数字组成,每个数字可以是0,1,2, ,9中的任一个数(但第一个数字不能为0),求电话号码是 由完全不同的数字组成的概率 解:基本事件总数为 有利事件总数为 设表示“电话号码是由完全不同的数字组成”,则 二、把十本书任意地放在书架上,求其中指定的三本书放在一 起的概率 解:基本事件总数为 指定的三本书按某确定顺序排在书架上的所有可能为种; 这三本书按确定的顺序放在书架上的所以可能的位置共 种;这三本书的排列顺序数为;故有利事件总数为(亦可理 解为 设表示“指定的三本书放在一起”,则 三、为了减少比赛场次,把二十个队任意分成两组(每组十 队)进行比赛,求最强的两个 队被分在不同组内的概率 解:20个队任意分成两组(每组10队)的所以排法,构成基本 事件总数;两个最强的 队不被分在一组的所有排法,构成有利事件总数 设表示“最强的两队被分在不同组”,则 四、某工厂生产的产品共有100个,其中有5个次品从这批产 品中任取一半来检查,求发现次品不多于1个的概率 解:设表示“出现的次品为件”,表示“取出的产品中次品不多 于 1个”,则 因为,所以而 故 五、一批产品共有200件, 其中有6件废品求 (1) 任取3件产品 恰有1件是废品的概率; (2) 任取3件产品没有废品的概率; (3) 任 取3件产品中废品不少于2件的概率 解:设表示“取出的3件产品中恰有1件废品”;表示“取出的3件 产品中没有废品”; 表示“取出的3件产品中废品不少于2件”,则 (1) (2) (3) 六、设求A, B, C至少有一事件发生的 概率 解:因为,所以,从而可推出 设表示“A, B, C至少有一事件发生”,则,于是有 3 条件概率与概率乘法定理全概率公式与贝叶 斯公式 一、设求 解:因为,所以,即 二、某人忘记了电话号码的最后一个数字,因而他随意地拨 号,求他拨号不超过两次而接通所需电话的概率若已知最后 一个数字是奇数,那么此概率是多少? 解:设表示“第一次拨通”,表示“第二次拨通”,表示“拨号不 超过两次而拨通” (1) (2) 三、两台车床加工同样的零件,第一台出现废品的概率是 0.03,第二台出现废品的概率是 0.02加工出来的零件放在一起,并且已知第一台加工的 零件比第二台加工的零件多 一倍 (1)求任意取出的零件是合格品的概率; (2)如果任意取出的零件是废品,求它是第二台车床加工 的概率 解:设表示“第台机床加工的零件”;表示“出现废品”;表 示“出现合 格品” (1) (2) 四、猎人在距离100米处射击一动物,击中的概率为0.6;如果 第一次未击中,则进行第二次射击,但由于动物逃跑而使距离 变为150米;如果第二次又未击中,则进行第三次射击,这时 距离变为200米假定击中的概率与距离成反比,求猎人三次 之内击中动物的概率 解:设表示“第次击中”,则由题设,有,得,从 而有 , 设表示“三次之内击中”,则,故有 (另解)设表示“猎人三次均未击中”,则 故所求为 五、盒中放有12个乒乓球,其中有9个是新的第一次比赛时 从其中任取3个来用,比赛后仍放回盒中第二次比赛时再从 盒中任取3个,求第二次取出的都是新球的概率 解:设表示“第一次取得个新球”,则 设表示“第二次取出的都是新球”,则 4 随机事件的独立性独立试验序列 一、一个工人看管三台车床,在一小时内车床不需要工人照管 的概率:第一台等于0.9,第二台等于0.8,第三台等于0.7求 在一小时内三台车床中最多有一台需要工人照管的概率 解:设表示“第台机床不需要照管”,则 再设表示“在一小时内三台车床中最多有一台需要工人照 管”,则 于是有 (另解)设表示“有台机床需要照管”,表示“在一小时内三 台车床中最多有一台需要工人照管”,则且、互斥,另外 有 故 二、电路由电池与两个并联的电池及串联而成设电池损坏的 概率分别是0.3、 0.2、0.2,求电路发生间断的概率 解:设表示“损坏”;表示“损坏”;表示“损坏”;则 又设表示“电路发生间断”,则 于是有 三、三个人独立地去破译一个密码,他们能译出的概率分别 为、,求能将此密码 译出的概率 解:设表示“甲能译出”;表示“乙能译出”;表示“丙能译出”, 则 设表示“此密码能被译出”,则,从而有 (另解),从而有 四、甲、乙、丙三人同时对飞机进行射击,三人的命中概率分 别为飞机被一 人击中而被击落的概率为,被两人击中而被击落的概率 为,若三人都击中,则 飞机必被击落求飞机被击落的概率 解:设表示“甲命中”;表示“乙命中”;表示“丙命中”;则 设表示“人击中飞机” ,则 设表示“飞机被击落”,则由题设有 故有 五、某机构有一个9人组成的顾问小组,若每个顾问贡献正确 意见的概率都是0.7,现在 该机构内就某事可行与否个别征求每个顾问的意见,并按 多数人意见作出决策,求作 出正确决策的概率 解:设表示“第人贡献正确意见”,则 又设为作出正确意见的人数,表示“作出正确决策”,则 六、每次试验中事件A发生的概率为p,为了使事件A在独立试 验序列中至少发生一次的 概率不小于p,问至少需要进行多少次试验? 解:设做次试验,则 要,即要,从而有 答:至少需要进行一次试验 5 离散随机变量的概率分布超几何分布二项 分布泊松分布 1、 一批零件中有9个合格品与3个废品安装机器时从这批零件中任 取1个如果每次取出的废品不再放回去,求在取得合格品以前 已取出的废品数的概率分布 解:设表示“在取得合格品以前已取出的废品数”,则的概率分布为 0123 即 0123 亦即 0123 2、 自动生产线在调整以后出现废品的概率为生产过程中出现废品 时立即进行调整求在两次调整之间生产的合格品数的概率分 布 解:设表示“在两次调整之间生产的合格品数”,且设,则的概率分布为 012 3、 已知一批产品共20个,其中有个次品 ()不放回抽样抽取个产品,求样品中次品数的概率分布; ()放回抽样抽取个产品,求样品中次品数的概率分布 解:(1)设表示“取出的样本中的次品数”,则服从超几何分布,即的 概率函数为 从而的概率分布为 01234 即 01234 (2)设表示“取出的样本中的次品数”,则服从超几何分布,即的概率 函数为 从而的概率分布为 0123456 即 0123456 4、 电话总机为300个电话用户服务在一小时内每一电话用户使用 电话的概率等于0.01,求在一小时内有4个用户使用电话的概率 (先用二项分布计算,再用泊松分布近似计算,并求相对误 差) 解:(1)用二项分布计算 (2)用泊松分布计算 相对误差为 5、 设事件A在每一次试验中发生的概率为0.3,当A发生次数不少于 3次时,指示灯发出信号现进行了5次独立试验,求指示灯发出 信号的概率 解:设表示“事件发生的次数”,则,于是有 (另解) 6、 设随机变量的概率分布为 ; 其中0为常数,试确定常数 解:因为,即,亦即,所以 6 随机变量的分布函数连续随机变量的概率密 度 1、 函数可否是连续随机变量的分布函数?为什么?如果的可能值充 满区间: (1)();(2)() 解:(1)设,则 因为,所以不能是的分布函数 (2)设,则且, 因为,所以在()上单增 综上述,故可作为的分布函数 二、函数可否是连续随机变量的概率密度?为什么?如果的可能值充满 区间: (1); (2); (3) 解:(1)因为,所以;又因为,所以当 时,函数可作为某随机变量的概率密度 (2)因为,所以;但,所以当 时,函数不可能是某随机变量的概率密度 (3)因为,所以不是非负函数,从而它不可能是随机变量的概率密 度 2、 一批零件中有9个合格品与3个废品安装机器时从这批零件中任 取1个如果每次取出的废品不再放回去,求在取得合格品以前 已取出的废品数的分布函数,并作出分布函数的图形 解:设表示“取出的废品数”,则的分布律为 0123 y 于是,的分布函数为 其图形见右: o x 四、(柯西分布)设连续随机变量的分布函数为 求:(1)系数A及B;(2)随机变量落在区间内的概率;(3) 的概率 密度 解:(1) 由,解得 即 (2) (3) 的概率密度为 五、(拉普拉斯分布)设随机变量的概率密度为 求:(1)系数;(2)随机变量落在区间内的概率;(3)随机变量的 分布函数 解:(1) 由,得,解得,即有 (2) (3) 随机变量的分布函数为 7 均匀分布指数分布随机变量函数的概率分 布 一、公共汽车站每隔5分钟有一辆汽车通过乘客到达汽车站的任一时 刻是等可能的求乘客候车时间 不超过3分钟的概率 解:设随机变量表示“乘客的候车时间”,则服从上的均匀分布,其密 度函数为 于是有 二、已知某种电子元件的使用寿命(单位:h)服从指数分布,概率密度为 任取个这种电子元件,求至少有个能使用1000h以上的概率 解:设表示“至少有个电子元件能使用1000h以上”;分别表示“元 件甲、乙、丙能使用1000h以上”则 (另解)设表示“至少有个电子元件能使用1000h以上”则 从而有,进一步有 三、(1) 设随机变量服从指数分布证明:对于任意非负实数及,有 这个性质叫做指数分布的无记忆性 (2) 设电视机的使用年数服从指数分布某人买了一台旧电视机,求 还能使用年以上 的概率 解:()因为,所以,有,其中为的分布函数 设,因为及都是非负实数,所以,从而根据条件概率公式,我 们有 另一方面,我们有 综上所述,故有 ()由题设,知的概率密度为 设某人购买的这台旧电视机已经使用了年,则根据上述证明的 ()的结论,该电视机还能使用5年以上的概率为 答:该电视机还能使用5年以上的概率约为 4、 设随机变量服从二项分布,求下列随机变量函数的概率分布: (1);(2) 解:的分布律为 0123 (1)的分布律为 1 (2)的分布律为 0110 即 01 五、设随机变量的概率密度为 求随机变量函数的概率密度 解:因为 所以随机变量函数的概率密度为 ,即 二维随机变量的联合分布与边缘分布 一、把一颗均匀的骰子随机地掷两次设随机变量表示第一次出现的点 数,随机变量表示 两次出现点数的最大值,求二维随机变量的联合概率分布及的边缘 概率分布 解:二维随机变量的联合概率分布为 的边缘概率分布为 二、设二维随机变量(,)的联合分布函数 求:(1)系数A、B及C;(2)(,)的联合概率密度:(3)边缘分 布函数及边缘概率密度 解:(1)由,得 解得, (2)因为,所以(,)的联合概率密度为 (3)及的边缘分布函数分别为 的边缘概率密度分别为 三、设的联合概率密度为 求:(1)系数;(2)的联合分布函数;(3)及的边缘概率密 度;(4) 落在区域R:内的概率 解:(1)由,有,解得 (2)的联合分布函数为 (3)及的边缘概率密度分别为 四、设二维随机变量在抛物线与直线所围成的区域上服从均匀分布 求: (1) 的联合概率密度;(2) 概率 解:(1) 设的联合概率密度为 则由 解得故有 (2) 随机变量的独立性二维随机变量函数的分 布 1、 设与是两个相互独立的随机变量,在上服从均匀分布,的概率密 度为 求 (1) 的联合概率密度; (2) 概率 解: (1)的概率密度为,的联合概率密度为(注意相互独立) (2) 2、 设随机变量与独立,并且都服从二项分布: 证明它们的和也服从二项分布 证明: 设, 则 由, 有 . 于是有 由此知也服从二项分布. 三、设随机变量与独立,并且在区间0,1内服从均匀分布,在区间 0,2内服从辛普森分布: 求随机变量的概率密度 解: 的概率密度为 . 于是的联合概率密度为 的联合分布函数为,其中是与的定义域的公共部分. 故有 从而随机变量的概率密度为 3、 电子仪器由六个相互独立的部件()组成,联接方式如右图所 示设各个部件的使用寿命服从相同的指数分布,求仪器使用寿 命的概率密度 解: 由题设,知的分布函数为 先求各个并联组的使用寿命的分布函数.因为当并联的两个 部件都损坏时,第个并联组才停止工作,所以有 从而有的分布函数为 设“仪器使用寿命“.因为当三个并联组中任一个损坏时,仪器 停止工作.所以有.从而有的分布函数为 故的概率密度为 10 随机变量的数学期望与方差 1、 一批零件中有9个合格品与3个废品安装机器时从这批零件中任 取一个如果取出的废品不再放回去,求在取得合格品以前已取 出的废品数的数学期望、方差与标准差 解:设表示“在取得合格品以前已取出的废品数”,则的概率分布为 0123 即 0123 于是有 即 的分布为 0149 即 0149 于是有 即 从而有 2、 对某一目标进行射击,直至击中为止如果每次射击命中率 为p,求射击次数的数学期望及方差 解:设表示“第次击中”,则的分布为 123 于是有 的分布为 149 于是有 进一步有 三、设离散型随机变量的概率函数为 问的数学期望是否存在?若存在,请计算;若不存在,请解释为什 么 解:因为不绝对收敛,所以没有数学期望 四、设随机变量的概率密度为 求数学期望及方差 解: 五、(拉普拉斯分布)设随机变量的概率密度为求数学期望及方差 解: (分部积分亦可) 11 随机变量函数的数学期望关于数学期望与方 差的定理 一、设随机变量服从二项分布,求的数学期望及方差 解:的概率分布为 0123 的概率分布为 01 的分布为 01 于是有 二、过半径为的圆周上一点任意作这圆的弦,求所有这些弦的平均长 度 解:在圆周上任取一点,并通过该点作圆得直径建立平面直角坐标 系,以为原点,且让在轴的正半轴上通过任作圆的一条弦,使与轴的 夹角为,则服从上的均匀分布,其概率密度为 弦的长为,故所有弦的平均长度为 三、一工厂生产的某种设备的寿命X(以年计)服从指数分布,概率密 度为 工厂规定,出售的设备若在售出一年之内损坏可予以调换若工厂售出 一台设备赢利100元, 调换一台设备厂方需花费300元试求厂方出售一台设备的平均净赢 利 解:由题设,有 进而有 设表示“厂方出售一台设备获得的净赢利”,则的概率分布为 100 从而有 答:厂方出售一台设备获得的平均净赢利约为元 四、设随机变量相互独立,并且服从同一分布,数学期望为,方差为 求这些随机变量的算术平均值的数学期望与方差 解:因为,且随机变量相互独立所以有 , 五、一民航送客车载有位旅客自机场开出,沿途有个车站可以下车,到 达一个车站时如没有旅客下车就不停车假设每位旅客在各车站下 车是等可能的,且各旅客是否下车相互独立求该车停车次数的数 学期望 解: 设表示“第站的停车次数“ (). 则服从“分布. 其中 于是的概率分布为 01 设, 则表示沿途停车次数, 故有 即停车次数的数学期望为. 12 二维随机变量的数字特征切比雪夫不等式 与大数定律 1、 设二维随机变量的联合概率密度为 求:(1)系数A;(2)数学期望及,方差及,协方差 解: (1) 由. 有 解得, . (2) . 由对称性, 知 . 同理, 有 . . 2、 设二维随机变量的联合概率密度为 求(1) ;(2) 与是否独立,是否相关,为什么? 解: (1) 因为 所以有 (2) 当时,有 ; 当时, 有.即 同理有 因为 , 所以与不是独立的又因为, 所以与是不相关的 3、 利用切比雪夫不等式估计随机变量与其数学期望的差的绝对值大 于三倍标准差 的概率 解: 四、为了确定事件A的概率,进行10000次重复独立试验利用切比雪夫 不等式估计:用事件A 在10000次试验中发生的频率作为事件A的概率的近似值时,误差小 于0.01的概率 解:设表示“在10000次试验中事件A的次数”,则且有 于是有 5、 样检查产品质量时,如果发现次品多于10个,则认为这批产品不 能接受应该检查多少 个产品,可使次品率为10%的一批产品不被接受的概率达到0.9? 解:设表示“发现的次品件数”,则,现要求 要使得,即,因为,所以 (德莫威尔Laplace定理) 因为,所以,从而有,故 查表有,故有,解得 答:应该检查约146个产品,方可使次品率为10%的一批产品不被接受 的概率达到0.9 13 正态分布的概率密度、分布函数、数学期望 与方差 1、 设随机变量服从正态分布,求(1);(2) 解:(1) (2) 2、 已知某种机械零件的直径(mm)服从正态分布规定直径在 (mm)之间为合格品,求这种机械零件的不合格品率 解:设表示这种机械零件的不合格品率,则 而 故 三、测量到某一目标的距离时发生的误差(m)具有概率密度 求在三次测量中至少有一次误差的绝对值不超过m的概率 解:三次测量中每次误差绝对值都超过30米可表为 因为,所以由事件的相互独立性,有 于是有 四、设随机变量,求随机变量函数的概率密度(所得的概率分布称为对 数正态分布) 解:由题设,知的概率密度为 从而可得随机变量的分布函数为 当时,有;此时亦有 当时,有 此时亦有 从而可得随机变量的概率密度为 五、设随机变量与独立,求: (1) 随机变量函数的数学期望与方差,其中及为常数; (2) 随机变量函数的数学期望与方差 解:由题设,有;从而有 (1); (2); 1 二维正态分布正态随机变量线性函数的分 布中心极限定理 4、 设二维随机变量服从二维正态分布,已知,并且, 求的联合概率密度 解:已知,从而 , 进一步按公式,可得的联合概率密度为 二、设随机变量与独立,并且,求随机变量的概率密度 解:由题设,有 , 又根据关于数学期望的定理和方差的定理以及独立正态随 机变量线性组合的分布,我们有 且,故随机变量的概率密度为 3、 台机床分别加工生产轴与轴衬设随机变量(mm)表示 轴的直径,随机变量(mm)表示 轴衬的内径,已知,显然与是独立的如果轴衬的内径 与轴的直径之差在(mm)之间,则轴与轴衬可以配套使 用求任取一轴与一轴衬可以配套使用的概率 解:由题设,知随机变量与是独立的,且,设根据独立正态 随机变量线性组合的分布,我们有 根据题目假设,我们知道当时,轴与轴衬可以配套使用 于是所求概率为 四、100台车床彼此独立地工作着,每台车床的实际工作时间 占全部工作时间的80%,求: (1) 任一时刻有70至86台车床在工作的概率; (2) 任一时刻有不少于80台车床在工作的概率 解:设表示“任一时刻正在工作的车床数”,则 (1) (2) 五、在一家保险公司里有10000人参加保险,每人每年付12元 保险费在一年内一个人死亡的概率为0.006,死亡时其家属 可向保险公司领得1000元问: (1) 保险公司亏本的可能性是多大? (2) 保险公司一年的利润不少于50000元的概率是多少? 解:设表示“一年内死亡的人数”,则 (1) 即保险公司不可能亏本 (2) 即保险公司一年利润不少于50000元的概率为 15 总体与样本统计量几个常用分布 一、已知样本观测值为 15.8 24.2 14.5 17.4 13.2 20.8 17.9 19.1 21.0 18.5 16.4 22.6, 计算样本均值、样本方差与样本二阶中心矩 解:样本均值为 样本方差为 . 样本二阶中心矩 . 二、设抽样得到100个观测值如下: 观测值123456 频计算样本均值、样本方差与样本二阶中心矩 解:样本均值为 样本方差为 样本二阶中心矩为 三、设总体的均值与方差分别为与,是来自该总体的简单随机样本,与 分别是样本均值与样本方差,求 解: 四、设总体与相互独立且均服从正态分布,和分别为来自与的样本,则 统计量服从什么分布? 解:因为,, 所以. 于是有 推得 即分布 五、设随机变量服从自由度为的分布,证明:随机变量服从自由度为的 分布;从而证明等式 提示:设,其中随机变量与独立,且,则,由此容易证明 证明:设随机变量与独立且构造,则同理知 因为,所以对于给定的,我们有 又因为,所以与是等价的随机事件,从而有 于是有 同理,因为,所以对上述给定的,我们有 (2) 结合(1)、(2),便有 即 16 正态总体统计量的分布 一、设总体 (1) 抽取容量为36的样本,求样本平均值在38与43之间的概 率; (2) 抽取容量为64的样本,求的概率; (3)抽取样本容量n多大时,才能使概率达到0.95? 解:(1)因为,所以,从而有 (2)由题设,从而有 (3)要使,即要经查表,有,解得,即抽取样本容量约为96时,可 使 二、从正态总体中抽取容量为10的样本 (1)已知,求的概率; (2)未知,求的概率 解:(1)因为,所以有 (2)因为,所以有 = 三、设总体,总体,从总体中抽取容量为的样本,从总体中抽取容量为 的样本,求下列概率: (1);(2) 解:()因为,所以由 得 ()因为,所以由 得 四、设总体服从“01”分布: 抽取样本,求样本均值的概率分布,数学期望E及方差D 解:,于是有 其中于是有 17 参数的点估计 一、设总体服从“01”分布: 如果取得样本观测值,求参数p的矩估计值与最大似然估计值 解:(1) 似然函数为,取对数,有 令,解得,从而得的极大似然估计值为 二、设总体的概率密度为 其中0如果取得样本,求参数的矩估计量与最大似然估计量 解: 似然函数为,取对数,有 令,求得的极大似然估计值为 三、设总体X服从分布,其概率密度为 其中参数0,0如果样本观测值为, (1)求参数及的矩估计值; (2)已知=,求参数的极大似然估计值 解:(1)因为 所以,根据矩估计,有 , 即 , 亦即 , 解得 (2)由(1),有,故有 四、从总体X中抽取样本,证明下列三个统计量 都是总体均值的无偏估计量;并确定哪个估计量更有效 解:因为 所以都是总体均值的无偏估计量 又因为 所以,更有效 五、设总体服从指数分布,其中,抽取样本,证明: (1) 虽然样本均值是的无偏估计量,但却不是的无偏估计量; (2) 统计量是的无偏估计量 解: 由此可见,虽然样本均值是的无偏估计量,但却不是的无偏估计量 18 正态总体参数的区间估计两个正态总体均值 差及方差比的区间估计 一、设总体,如果样本观测值为 6.54 8.20 6.88 9.02 7.56, 求总体均值的置信水平为的置信区间,假定:(1)已知=1.2; (2)未知 解:(1)由,解得 又由题设,有,从而由 , 有 , 即 (2)因为,所以由 , 即 解得 二、设电子元件的寿命服从正态分布,抽样检查10个元件,得到样本均 值=1500(h), 样本标准差s=14(h),求: (1)总体均值的置信水平为的置信区间; (2)用作为的估计值,误差绝对值不大于10(h)的概率 解:(1)由,解得 又由题设,有,未知,查表得故由 ,有 亦即 (2),即,亦即,查表得,即,故 三、设总体,已知=,要使总体均值的置信水平为的置信区间的长度不 大 于l,问需要抽取多大容量的样本? 解:因为,所以有 进一步有,即综上述,故有 四、测得16个零件的长度(mm)如下: 12.15 12.12 12.01 12.08 12.09 12.16 12.03 12.01 12.06 12.13

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