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CalcGospel 國際數學圖譜
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S2 2024 Jan Q5

A Level / Edexcel / S2

IAL 2024 Jan Paper · Question 5

题目

Problem

The random variable WW has a continuous uniform distribution over the interval [−6,a][-6,a] where aa is a constant.

Given that Var⁡(W)=27\operatorname{Var}(W)=27

(a) show that a=12a=12

(2)

Given that P(W>b)=35P(W>b)=\dfrac35

(b) (i) find the value of bb

(2)

(ii) find

P(−12<W<b2)P\Big(-12<W<\frac b2\Big)
(2)

A piece of wood ABAB has length 160 cm. The wood is cut at random into 2 pieces. Each of the pieces is then cut in half. The four pieces are used to form the sides of a rectangle.

(c) Calculate the probability that the area of the rectangle is greater than 975 cm2975\text{ cm}^2

(4)

(Total for Question 5 is 10 marks)

题目中文翻译

随机变量 WW 在区间 [−6,a][-6,a] 上服从连续均匀分布,其中 aa 是常数。

已知 Var⁡(W)=27\operatorname{Var}(W)=27。

(a) 证明 a=12a=12。

(2)

已知 P(W>b)=35P(W>b)=\dfrac35。

(b) (i) 求 bb 的值。

(2)

(ii) 求 P(−12<W<b2)P\Big(-12<W<\dfrac b2\Big)。

(2)

一块木板 ABAB 的长度为 160 厘米。将木板随机切成 2 块,然后将每块切成两半。这四块木板用来组成一个矩形的四条边。

(c) 计算该矩形面积大于 975 厘米2975\text{ 厘米}^2 的概率。

(4)

(第 5 题共 10 分)

解答

(a)

解法一

思路

展开

连续均匀分布 U⁡[l,u]\operatorname{U}[l,u] 的方差为 (u−l)2/12(u-l)^2/12。这里区间长度是 a+6a+6;由定义必须有 a>−6a>-6,因此开平方时只取正的区间长度。

答题过程

展开

For a continuous uniform distribution,

Var⁡(W)=(a−(−6))212.\operatorname{Var}(W)=\frac{(a-(-6))^2}{12}.

Therefore,

 (a+6)212 =27, (a+6)2=324.\begin{align*} &\,\frac{(a+6)^2}{12}\\[2mm] &\,=27,\\ &\,(a+6)^2=324. \end{align*}

Since a>−6a>-6, the interval length a+6a+6 is positive. Hence

 a+6=18, a=12.\begin{align*} &\,a+6=18,\\ &\,a=\boxed{12}. \end{align*}

(b)(i)

解法一

思路

展开

由 (a),WW 在 [−6,12][-6,12] 上均匀分布,区间总长为 18。事件 W>bW>b 对应长度 12−b12-b;令长度之比等于 3/53/5,即可求出 bb。

答题过程

展开

Since W∼U⁡[−6,12]W\sim\operatorname{U}[-6,12],

 12−b18 =35, 12−b=545, b=1.2.\begin{align*} &\,\frac{12-b}{18}\\[2mm] &\,=\frac35,\\ &\,12-b=\frac{54}{5},\\ &\,b=\boxed{1.2}. \end{align*}

(b)(ii)

解法一

思路

展开

b/2=0.6b/2=0.6。虽然事件写成 −12<W<0.6-12<W<0.6,但 WW 的下界是 −6-6,所以有效区间实际为 (−6,0.6)(-6,0.6);用其长度除以总区间长度 18。

答题过程

展开

From part (b)(i),

b2=0.6.\frac b2=0.6.

Since WW cannot be less than −6-6,

 P(−12<W<b2) =P(−6<W<0.6) =0.6−(−6)18 =1130.\begin{align*} &\,P\Big(-12<W<\frac b2\Big)\\[2mm] &\,=P(-6<W<0.6)\\ &\,=\frac{0.6-(-6)}{18}\\ &\,=\boxed{\frac{11}{30}}. \end{align*}

(c)

解法一

思路

展开

设随机切点到 AA 的距离为 xx,则两段木料长为 xx 与 160−x160-x;各自再对半后,矩形边长为 x/2x/2 与 (160−x)/2(160-x)/2。先解面积等于 975 的边界,再利用面积二次函数在两根之间大于 975。切点在整段木料上均匀分布,所以所求概率是有利切点区间长度与 160 的比。

答题过程

展开

Let CC be the random cut point and let AC=xAC=x. The two side lengths of the rectangle are

x2and160−x2.\frac x2 \quad\text{and}\quad \frac{160-x}{2}.

At the boundary where the area is 975 cm2975\text{ cm}^2,

 x2(160−x2) =975, x(160−x)=3900, x2−160x+3900=0, (x−30)(x−130)=0.\begin{align*} &\,\frac x2\Big(\frac{160-x}{2}\Big)\\[2mm] &\,=975,\\ &\,x(160-x)=3900,\\ &\,x^2-160x+3900=0,\\ &\,(x-30)(x-130)=0. \end{align*}

The area is greater than 975 cm2975\text{ cm}^2 when

30<x<130.30<x<130.

Since the cut point is uniformly distributed along the 160 cm length,

 P(30<x<130) =130−30160 =58.\begin{align*} &\,P(30<x<130)\\[2mm] &\,=\frac{130-30}{160}\\[2mm] &\,=\boxed{\frac58}. \end{align*}

解法二

思路

展开

也可以直接把其中一条矩形边记为 L=x/2L=x/2。因为矩形周长是 160,所以相邻两边满足 L+W=80L+W=80,面积为 L(80−L)L(80-L);而 LL 在 [0,80][0,80] 上均匀分布。求出面积为 975 时的两个边界长度,再取中间区间的长度比。

答题过程

展开

Let one side length be LL. Then the adjacent side has length 80−L80-L, and LL is uniformly distributed over [0,80][0,80].

At the boundary,

 L(80−L) =975, L2−80L+975=0, (L−15)(L−65)=0.\begin{align*} &\,L(80-L)\\[2mm] &\,=975,\\ &\,L^2-80L+975=0,\\ &\,(L-15)(L-65)=0. \end{align*}

Thus the area is greater than 975 cm2975\text{ cm}^2 when 15<L<6515<L<65. Therefore,

 P(15<L<65) =65−1580 =58.\begin{align*} &\,P(15<L<65)\\[2mm] &\,=\frac{65-15}{80}\\[2mm] &\,=\boxed{\frac58}. \end{align*}