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CalcGospel 國際數學圖譜
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IAL 2023 Oct S2 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, T minutes, for Navtej’s journey from home to work is modelled by a continuous uniform distribution over the interval [α, β]

(a) (i) Show that α = 32

(ii) Show that β = 47

(2)

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

(2)

(c) Find the value of

(i) E(T)

(ii) 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 T(分钟)用区间 [α, β] 上的连续均匀分布建模

(a) (i) 证明 α = 32

(ii) 证明 β = 47

(b) 完整说明该分布的概率密度函数。

(c) 求以下的值

(i) E(T)

(ii) Var(T)

(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。

(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,等待时间趋近 15 分钟。模型把总时间取在长度为 15 的闭区间上,因此上端点为步行、最长等待和乘车时间之和。

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[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)={115,32t47,0,otherwise.\boxed{ f(t)= \begin{cases} \dfrac1{15}, & 32\leqslant t\leqslant47,\\ 0, & \text{otherwise}. \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 (ba)2/12(b-a)^2/12,这里区间长度为 15。

答题过程

展开 Var(T)=(4732)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 32T4732\leqslant T\leqslant47 gives 32<T<4032<T<40. Therefore,

P(T35<5)=40324732=815.P(|T-35|<5)=\frac{40-32}{47-32} =\boxed{\frac8{15}}.