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CalcGospel 國際數學圖譜
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S2 2023 Oct Q3

A Level / Edexcel / S2

IAL 2023 Oct Paper · Question 3

题目

Problem

Every morning Navtej travels from home to work. Navtej leaves home at a random time between 08:00 and 08:15

• It always takes Navtej 3 minutes to walk to the bus stop

• Buses run every 15 minutes and Navtej catches the first bus that arrives

• Once Navtej has caught the bus it always takes a further 29 minutes for Navtej to reach work

The total time, TT minutes, for Navtej’s journey from home to work is modelled by a continuous uniform distribution over the interval [α,β][\alpha,\beta]

(a) (i) Show that α=32\alpha=32

(ii) Show that β=47\beta=47

(2)

(b) State fully the probability density function for this distribution.

(2)

(c) Find the value of

(i) E⁡(T)\operatorname{E}(T)

(ii) Var⁡(T)\operatorname{Var}(T)

(3)

(d) Find the probability that the time for Navtej’s journey is within 5 minutes of 35 minutes.

(2)

(Total for Question 3 is 9 marks)

题目中文翻译

每天早上纳夫特杰从家出发去上班。纳夫特杰在 08:00 到 08:15 之间的随机时间离开家

• 纳夫特杰步行到公交站总是需要3 分钟

• 公交车每15 分钟一班,纳夫特杰乘坐到达的第一辆公交车

• 纳夫特杰上公交车后,总是还需要29 分钟到达工作地点

纳夫特杰从家到工作地点的总时间 TT(分钟)用区间 [α,β][\alpha,\beta] 上的连续均匀分布建模

(a) (i) 证明 α=32\alpha=32

(ii) 证明 β=47\beta=47

(2)

(b) 完整说明该分布的概率密度函数。

(2)

(c) 求以下的值

(i) E⁡(T)\operatorname{E}(T)

(ii) Var⁡(T)\operatorname{Var}(T)

(3)

(d) 求纳夫特杰的行程时间在35 分钟的5 分钟范围内的概率。

(2)

(第 3 题共 9 分)

解答

(a)(i)

解法一

思路

展开

最短行程发生在 Navtej 到达公交站时恰好有公交车到站,等待时间为 0。总时间只包含步行 3 分钟和乘车后 29 分钟。

答题过程

展开

The minimum waiting time for a bus is 0 minutes. Therefore,

α=3+0+29=32.\alpha=3+0+29=\boxed{32}.

(a)(ii)

解法一

思路

展开

最长行程发生在 Navtej 刚错过一班公交车,最长等待时间为 15 分钟。将步行、等待和乘车时间相加,即得总时间的上端点。

答题过程

展开

The maximum waiting time is 15 minutes. Hence

β=3+15+29=47.\beta=3+15+29=\boxed{47}.

(b)

解法一

思路

展开

TT 在 [32,47][32,47] 上连续均匀分布,区间长度为 15,所以区间内密度恒为 1/151/15,区间外为 0。题目要求“完整说明”,因此必须同时写出变量和各段范围。

答题过程

展开 f(t)={115,32⩽t⩽47,0,otherwise.f(t)= \begin{cases} \begin{aligned} &\dfrac1{15},\\[-1mm] &\quad32\leqslant t\leqslant47, \end{aligned}\\[2mm] \begin{aligned} &0,\\[-1mm] &\quad\text{otherwise}. \end{aligned} \end{cases}

(c)(i)

解法一

思路

展开

连续均匀分布的期望是区间两端点的中点。

答题过程

展开 E⁡(T)=32+472=39.5.\operatorname{E}(T)=\frac{32+47}{2} =\boxed{39.5}.

(c)(ii)

解法一

思路

展开

区间 [a,b][a,b] 上连续均匀分布的方差为 (b−a)2/12(b-a)^2/12,这里区间长度为 15。

答题过程

展开 Var⁡(T)= (47−32)212= 754= 18.75.\begin{align*} \operatorname{Var}(T)=&\,\frac{(47-32)^2}{12}\\ =&\,\frac{75}{4}\\ =&\,\boxed{18.75}. \end{align*}

(d)

解法一

思路

展开

“在 35 分钟的 5 分钟范围内”表示 30<T<4030<T<40。但 TT 的支持区间从 32 开始,所以有效部分是 32<T<4032<T<40;均匀分布下,概率等于有效区间长度 8 除以总长度 15。

答题过程

展开

Being within 5 minutes of 35 minutes means

30<T<40.30<T<40.

Intersecting this with the support 32⩽T⩽4732\leqslant T\leqslant47 gives 32<T<4032<T<40. Therefore,

 P(∣T−35∣<5) =40−3247−32 =815.\begin{align*} &\,P(|T-35|<5)\\[2mm] &\,=\frac{40-32}{47-32}\\[2mm] &\,=\boxed{\frac8{15}}. \end{align*}