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CalcGospel 國際數學圖譜
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S2 2025 Oct A Q3

A Level / Edexcel / S2

IAL 2025 Oct A Paper · Question 3

题目

Problem

Left-handed people make up 10% of a population.

A random sample of 60 people is taken from this population.

The discrete random variable YY represents the number of left-handed people in the sample.

(a) (i) Write down an expression for the exact value of P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1)

(ii) Evaluate your expression, giving your answer to 3 significant figures.

(3)

(b) Using a Poisson approximation, estimate P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1)

(2)

(c) Using a normal approximation and standardisation, estimate P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1)

(5)

(d) Give a reason why the Poisson approximation is a more suitable estimate of P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1)

(1)

(Total for Question 3 is 11 marks)

题目中文翻译

左撇子占总人口的 10%。

从该人口中随机抽取了 60 人样本。

离散随机变量 YY 表示样本中左撇子的人数。

(a) (i) 写出 P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1) 精确值的表达式。

(ii) 计算你的表达式,答案保留 3 位有效数字。

(3)

(b) 使用泊松近似估计 P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1)。

(2)

(c) 使用正态近似和标准化估计 P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1)。

(5)

(d) 给出泊松近似是 P(Y⩽1)P(Y \leqslant 1) 更合适估计的原因。

(1)

(第 3 题共 11 分)

解答

(a)(i)

解法一

思路

展开

样本量固定为 60,每人是左撇子的概率为 0.1,因此 YY 服从二项分布。“不多于 1 人”包括 Y=0Y=0 和 Y=1Y=1,分别写出两项概率后相加。

答题过程

展开

The exact distribution is

Y∼B⁡(60,0.1).Y\sim\operatorname{B}(60,0.1).

Therefore,

 P(Y≤1) =P(Y=0)+P(Y=1) =(0.9)60 +60(0.1)(0.9)59.\begin{align*} &\,P(Y\leq1)\\ &\,=P(Y=0)+P(Y=1)\\ &\,=(0.9)^{60}\\ &\,\hspace{2pt}+60(0.1)(0.9)^{59}. \end{align*}

(a)(ii)

解法一

思路

展开

直接计算 (a)(i) 的精确二项概率表达式,再按要求保留 3 位有效数字。

答题过程

展开

Evaluating the expression from part (a)(i),

 P(Y≤1) =(0.9)60 +60(0.1)(0.9)59 =0.013777… ≈0.0138.\begin{align*} &\,P(Y\leq1)\\ &\,=(0.9)^{60}\\ &\,\hspace{2pt}+60(0.1)(0.9)^{59}\\ &\,=0.013777\ldots\\ &\,\approx\boxed{0.0138}. \end{align*}

The answer is given to 3 significant figures.

(b)

解法一

思路

展开

用泊松分布近似二项分布时,均值为 np=60(0.1)=6np=60(0.1)=6。将 Y=0Y=0 和 Y=1Y=1 的泊松概率相加。

答题过程

展开

Using a Poisson approximation,

Y∼˙Po⁡(6).Y\mathrel{\dot\sim}\operatorname{Po}(6).

Hence,

 P(Y≤1) ≈e−6(1+611!) =0.017351… ≈0.0174.\begin{align*} &\,P(Y\leq1)\\ &\,\approx\mathrm{e}^{-6} \left(1+\frac{6^1}{1!}\right)\\ &\,=0.017351\ldots\\ &\,\approx\boxed{0.0174}. \end{align*}

The answer is given to 3 significant figures.

(c)

解法一

思路

展开

二项分布的均值为 np=6np=6,方差为 np(1−p)=5.4np(1-p)=5.4,所以用 N(6,5.4)N(6,5.4) 近似。由于原变量离散,“Y≤1Y\leq1”经连续性修正变为正态变量小于 1.5,再标准化计算左尾概率。

答题过程

展开

For the binomial distribution,

μ=np=60(0.1)=6\mu=np=60(0.1)=6

and

 σ2=np(1−p) =60(0.1)(0.9) =5.4.\begin{align*} &\,\sigma^2=np(1-p)\\ &\,=60(0.1)(0.9)\\ &\,=5.4. \end{align*}

Therefore, use the normal approximation VV, where

V∼N(6,5.4).V\sim N(6,5.4).

Let Z∼N(0,1)Z\sim N(0,1). Applying the continuity correction and standardising,

 P(Y≤1) ≈P(V<1.5) =P(Z<1.5−65.4) =P(Z<−1.936…) =0.02640… ≈0.0264.\begin{align*} &\,P(Y\leq1)\\ &\,\approx P(V<1.5)\\ &\,=P\left( Z<\frac{1.5-6}{\sqrt{5.4}} \right)\\ &\,=P(Z<-1.936\ldots)\\ &\,=0.02640\ldots\\ &\,\approx\boxed{0.0264}. \end{align*}

The answer is given to 3 significant figures. Using standard normal tables with z=−1.94z=-1.94 gives 0.02620.0262.

(d)

解法一

思路

展开

泊松近似适合样本量较大而成功概率较小的二项分布。本题 n=60n=60 较大且 p=0.1p=0.1 较小,因此泊松近似比正态近似更合适;其估计值也更接近 (a) 的精确值。

答题过程

展开

The Poisson approximation is more suitable because nn is large and pp is small.

It also gives 0.01740.0174, which is closer to the exact value 0.01380.0138 than the normal estimate 0.02640.0264.