本题导读

本题考查正态分布。核心在于独立重复试验、样本统计量计算的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2017年全国卷I(理)) 为了监控某种零件的一条生产线的生产过程,检验员每天从该生产线上随机抽取 16 个零件,并测量其尺寸(单位:). 根据长期生产经验,可以认为这条生产线正常状态下生产的零件的尺寸服从正态分布 .

(1)假设生产状态正常,记 表示一天内抽取的 16 个零件中其尺寸在 之外的零件数,求 及 的数学期望;

(2)一天内抽检零件中,如果出现了尺寸在 之外的零件,就认为这条生产线在这一天的生产过程可能出现了异常情况.

(ⅰ)试说明上述监控生产过程方法的合理性;

(ⅱ)检验员抽取的 16 个零件尺寸:

经计算得: 其中 为抽取的第 个零件的尺寸,.

用样本平均数 作为 的估计值 ,用样本标准差 作为 的估计值 ,利用估计值判断是否需对当天的生产过程进行检查?剔除 之外的数据,用剩下的数据估计 和 (精确到 0.01).

附:若随机变量 服从正态分布 ,则 ,,.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 第一问(概率与期望):
  • 每个零件尺寸落在范围外的概率 。
  • 服从二项分布 。
  • 。期望 。
  1. 第二问(ⅰ)(合理性):
  • 关键在于说明正常状态下,出现范围外零件是“小概率事件”。
  1. 第二问(ⅱ)(数据处理):
  • 判断:计算 范围,检查 16 个数据中是否有越界者。
  • 修正:剔除异常值后,利用平均数公式和方差公式重新计算。注意方差计算时建议利用 还原总平方和。

✅【答案】

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(1) ,

(2) ① 需检查;② ,

✍【详细解析】

Abstract

(1)解: 由题意,每个零件尺寸在 之外的概率为 。 零件数 。 。 的数学期望 。

(2)(ⅰ)解: 合理性说明:在生产线正常状态下,尺寸落在范围外的概率仅为 。在一次试验(抽取 16 个零件)中,至少出现一个异常零件的概率 是一个小概率事件。 根据小概率原理,如果在一次抽检中发生了小概率事件,就有理由认为生产过程出现了异常。

(2)(ⅱ)解:

① 判断是否检查: , 则 。 。 观察样本数据发现,,即 落在范围之外。 因此,需要对当天的生产过程进行检查。

② 重新估计 和 : 剔除异常数据 后,剩下 个数据。 新平均数 。 故 的估计值为 。 原样本平方和 。 剔除 后的平方和 。 新方差 。 新标准差 。 故 的估计值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 3σ原则:在正态分布中, 之外的面积仅占 ,这是工业质量控制的基础。
  • 期望的意义: 很小(小于 1)进一步说明了正常情况下异常件的罕见性。
  • 方差公式的逆用:在处理剔除数据后的方差时,先还原 是最高效的策略。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

  3. 方法推广:待补

🔗【关联脉络】

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