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由于正态分布在自然现象、生产和生活实际中广泛存在,以及在概率和统计中的重要地位,高考中关于正态分布的考查逐渐成为热点,主要题型和考查方式如下:
一、对正态密度曲线的理解
例1 设随机变量[X]服从正态分布[N(μ,σ2)],且[P(x≤c)=2P(x>c)=p],则[p=] .
分析 由正态分布的定义知,[P(x≤c)]和[P(x>c)]是正态曲线和[x]轴所围成的平面图形被直线[x=c]分成的两部分的面积且两部分面积之和为1.
解 因为[P(x≤c)][=2P(x>c)=p],
又[P(x≤c)+P(x>c)=1,]
∴[32p=1],故[p=23].
点拨 从理解正态密度曲线的角度去分析给出的条件,抓住了问题的实质,这样可以少走弯路.
二、正态曲线的性质
例2 已知三个正态分布密度函数[φi(x)=12πσie-(x-μi)22σ2i]([x∈R],[i=1,2,3])的图象如图所示,则( )
A.[μ1<μ2=μ3],[σ1=σ2>σ3]
B.[μ1>μ2=μ3],[σ1=σ2<σ3]
C.[μ1=μ2<μ3],[σ1<σ2=σ3]
D.[μ1<μ2=μ3],[σ1=σ2<σ3]
分析 根据正态分布密度函数中参数[μ,σ]对图象的影响,结合曲线的特征来分析参数的大小关系.
解 根据正态分布[N(μ,σ2)]图象的特点:曲线是单峰的,它关于直线[x=μ]对称,在[x=μ]处取得最大值.
当[μ]相同时曲线的形状由[σ]决定,[σ]越大,曲线越“矮胖”,[σ]越小,曲线越“瘦高”.
于是由图可知[μ1<μ2=μ3],[σ1=σ2<σ3].
答案 D
点拨 正态分布的概念以及正态曲线的性质我们应该从[μ,σ]两方面来理解,尤其是曲线的对称性、最高点以及变化趋势,同时能熟练应用.
三、服从正态分布的概率计算
例3 设[X~N(1,22)],试求:
(1)[P(-1 (2)[P(3 (3)[P(X≥5)].
分析 将所求概率转化到[(μ-σ,μ+σ]],[(μ-2σ,μ+2σ]]或[[μ-3σ,μ+3σ]]上的概率,并利用正态密度曲线的对称性求解.
解 ∵[X~N(1,22)],∴[μ=1,σ=2].
(1)[P(-1 [=P(μ-σ (2)∵[P(3 ∴[P(3 =[12[P(1-4 =[12[P(μ-2σ =[12×(0.9544-0.6826)=0.1359].
(3)∵[P(X≥5)=P(X≤-3)],
∴[P(X≥5)=12[1-P(-3 =[12[1-P(1-4 =[12[1-P(μ-2σ =[12×(1-0.9544)=0.0228].
点拨 求服从正态分布的随机变量在某个区间上取值的概率,只需借助正态曲线的性质,将所求问题转化到已知概率的三个区间上.
四、正态分布的应用
例4 某厂生产的圆柱形零件的外直径[ξ]服从正态分布[N(4,0.52)],质检人员从该厂生产的1000件零件中随机地检查1件,测得外直径为[5.7]cm,问该厂生产的这批零件是否合格?
分析 正态变量的取值几乎都在距离对称轴[x=μ]三倍标准差之内,因此零件的外直径在[(4-3×0.5,4+3×0.5)]之外的话就是不合格的.
解 ∵[ξ]服从正态分布[N(4,0.52)],
∴正态分布[N(4,0.52)]在[(4-3×0.5,4+3×0.5)]之外取值的概率只有0.003,
而[5.7?(2.5,5.5)],这说明在一次试验中出现了几乎不可能发生的小概率事件,
因此认为该批零件是不合格的.
点拨 本题是利用[3σ]原则进行假设检验,依据是正态总体[N(μ,σ2)]在区间[(μ-3σ,μ+3σ)]之外取值的概率很小,大约只有0.3%,所以认为不可能发生.这种假设检验思想在实际生活、生产中有着广泛的应用.
例5 2011年中国汽车销售量达到1700万辆,汽车耗油量对汽车的销售有着非常重要的影响,各个汽车制造企业积极采用新技术降低耗油量,某汽车制造公司为调查某种型号的汽车的耗油情况,共抽查了1 200名车主,据统计该种型号的汽车的平均耗油为百公里8.0升,并且汽车的耗油量ξ服从正态分布[N(8,σ2)],已知耗油量ξ∈[7,9]的概率为0.7,那么耗油量大于9升的汽车约有 辆.
分析 根据正态密度曲线的对称性求解.
解 由题意可知[ξ~N(8,σ2)],正态分布曲线以[μ=8]为对称轴,
又因为[P(7≤ξ≤9)=0.7],
故[P(7≤ξ≤9)=2P(8≤ξ≤9)=0.7],
所以[P(8≤ξ≤9)=0.35],而[P(ξ≥8)=0.5],
所以[P(ξ>9)=0.15],
故耗油量大于9升的汽车约有1200×0.15=180辆.
点拨 服从正态分布的随机变量在一个区间上的概率就是这个区间上,正态密度曲线和[x]轴之间的曲边梯形的面积,根据正态密度曲线的对称性,当[P(ξ>x1)=P(ξ
一、对正态密度曲线的理解
例1 设随机变量[X]服从正态分布[N(μ,σ2)],且[P(x≤c)=2P(x>c)=p],则[p=] .
分析 由正态分布的定义知,[P(x≤c)]和[P(x>c)]是正态曲线和[x]轴所围成的平面图形被直线[x=c]分成的两部分的面积且两部分面积之和为1.
解 因为[P(x≤c)][=2P(x>c)=p],
又[P(x≤c)+P(x>c)=1,]
∴[32p=1],故[p=23].
点拨 从理解正态密度曲线的角度去分析给出的条件,抓住了问题的实质,这样可以少走弯路.
二、正态曲线的性质
例2 已知三个正态分布密度函数[φi(x)=12πσie-(x-μi)22σ2i]([x∈R],[i=1,2,3])的图象如图所示,则( )
A.[μ1<μ2=μ3],[σ1=σ2>σ3]
B.[μ1>μ2=μ3],[σ1=σ2<σ3]
C.[μ1=μ2<μ3],[σ1<σ2=σ3]
D.[μ1<μ2=μ3],[σ1=σ2<σ3]
分析 根据正态分布密度函数中参数[μ,σ]对图象的影响,结合曲线的特征来分析参数的大小关系.
解 根据正态分布[N(μ,σ2)]图象的特点:曲线是单峰的,它关于直线[x=μ]对称,在[x=μ]处取得最大值.
当[μ]相同时曲线的形状由[σ]决定,[σ]越大,曲线越“矮胖”,[σ]越小,曲线越“瘦高”.
于是由图可知[μ1<μ2=μ3],[σ1=σ2<σ3].
答案 D
点拨 正态分布的概念以及正态曲线的性质我们应该从[μ,σ]两方面来理解,尤其是曲线的对称性、最高点以及变化趋势,同时能熟练应用.
三、服从正态分布的概率计算
例3 设[X~N(1,22)],试求:
(1)[P(-1
分析 将所求概率转化到[(μ-σ,μ+σ]],[(μ-2σ,μ+2σ]]或[[μ-3σ,μ+3σ]]上的概率,并利用正态密度曲线的对称性求解.
解 ∵[X~N(1,22)],∴[μ=1,σ=2].
(1)[P(-1
(3)∵[P(X≥5)=P(X≤-3)],
∴[P(X≥5)=12[1-P(-3
点拨 求服从正态分布的随机变量在某个区间上取值的概率,只需借助正态曲线的性质,将所求问题转化到已知概率的三个区间上.
四、正态分布的应用
例4 某厂生产的圆柱形零件的外直径[ξ]服从正态分布[N(4,0.52)],质检人员从该厂生产的1000件零件中随机地检查1件,测得外直径为[5.7]cm,问该厂生产的这批零件是否合格?
分析 正态变量的取值几乎都在距离对称轴[x=μ]三倍标准差之内,因此零件的外直径在[(4-3×0.5,4+3×0.5)]之外的话就是不合格的.
解 ∵[ξ]服从正态分布[N(4,0.52)],
∴正态分布[N(4,0.52)]在[(4-3×0.5,4+3×0.5)]之外取值的概率只有0.003,
而[5.7?(2.5,5.5)],这说明在一次试验中出现了几乎不可能发生的小概率事件,
因此认为该批零件是不合格的.
点拨 本题是利用[3σ]原则进行假设检验,依据是正态总体[N(μ,σ2)]在区间[(μ-3σ,μ+3σ)]之外取值的概率很小,大约只有0.3%,所以认为不可能发生.这种假设检验思想在实际生活、生产中有着广泛的应用.
例5 2011年中国汽车销售量达到1700万辆,汽车耗油量对汽车的销售有着非常重要的影响,各个汽车制造企业积极采用新技术降低耗油量,某汽车制造公司为调查某种型号的汽车的耗油情况,共抽查了1 200名车主,据统计该种型号的汽车的平均耗油为百公里8.0升,并且汽车的耗油量ξ服从正态分布[N(8,σ2)],已知耗油量ξ∈[7,9]的概率为0.7,那么耗油量大于9升的汽车约有 辆.
分析 根据正态密度曲线的对称性求解.
解 由题意可知[ξ~N(8,σ2)],正态分布曲线以[μ=8]为对称轴,
又因为[P(7≤ξ≤9)=0.7],
故[P(7≤ξ≤9)=2P(8≤ξ≤9)=0.7],
所以[P(8≤ξ≤9)=0.35],而[P(ξ≥8)=0.5],
所以[P(ξ>9)=0.15],
故耗油量大于9升的汽车约有1200×0.15=180辆.
点拨 服从正态分布的随机变量在一个区间上的概率就是这个区间上,正态密度曲线和[x]轴之间的曲边梯形的面积,根据正态密度曲线的对称性,当[P(ξ>x1)=P(ξ