Skip to content
CalcGospel 國際數學圖譜
返回

IAL 2026 Jan S2 Q6

A Level / Edexcel / S2

IAL 2026 Jan Paper · Question 6

题目

Problem

In this question you must show all stages of your working.

Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.

A farmer grows watermelons on a farm. The weights, in kilograms, of the watermelons are modelled by the random variable WW with probability density function

f(w)={19(6w)(w2),2w5,0,otherwise.f(w)= \begin{cases} \dfrac{1}{9}(6-w)(w-2), & 2\leq w\leq5,\\ 0, & \text{otherwise}. \end{cases}

(a) Sketch the graph of f(w)f(w)

(2)

(b) State the mode of WW

(1)

(c) Find the mean weight of these watermelons.

(4)

Given that E(W2)=735E(W^2)=\dfrac{73}{5}

(d) find the standard deviation of the weights of these watermelons, giving the answer to 3 significant figures.

(2)

(e) Show that the median lies between w=3.7w=3.7 and w=3.8w=3.8

(5)

The farmer inspects the watermelons to check whether or not they are spoiled.

The number of spoiled watermelons found by the farmer in an area of 150 m2150\text{ m}^2 on the farm is modelled by a Poisson distribution with mean 5.

The farmer randomly selects an area of 900 m2900\text{ m}^2 from the farm and counts the number of spoiled watermelons.

(f) Use a normal approximation to find the probability that the farmer finds fewer than 20 spoiled watermelons.

(5)
(Total for Question 6 is 19 marks)
题目中文翻译

本题中,你必须展示计算过程的所有步骤。

完全依赖计算器技术的解答不可接受。

一名农民在农场种植西瓜。西瓜的重量(单位:千克)由随机变量 WW 建模,其概率密度函数为

f(w)={19(6w)(w2),2w5,0,其他情况.f(w)= \begin{cases} \dfrac{1}{9}(6-w)(w-2), & 2\leq w\leq5,\\ 0, & \text{其他情况}. \end{cases}

(a) 画出 f(w)f(w) 的图像。

(b) 写出 WW 的众数。

(c) 求这些西瓜的平均重量。

已知 E(W2)=735E(W^2)=\dfrac{73}{5}

(d) 求这些西瓜重量的标准差,答案保留 3 位有效数字。

(e) 证明中位数位于 w=3.7w=3.7w=3.8w=3.8 之间。

农民检查西瓜是否变质。在农场面积为 150 m2150\text{ m}^2 的区域内发现的变质西瓜数量,服从均值为 5 的泊松分布。

农民从农场随机选取面积为 900 m2900\text{ m}^2 的区域,并统计变质西瓜的数量。

(f) 使用正态近似,求农民发现少于 20 个变质西瓜的概率。

(第 6 题共 19 分)

解答

(a)

解法一

思路

展开

先由两个因式确定零点,再看二次项系数判断抛物线开口方向。密度只在给定区间内存在,区间外为零。

答题过程

展开

The graph is a downward-opening quadratic with roots w=2w=2 and w=6w=6.

On the required interval, it starts at (2,0)(2,0), reaches its maximum at w=4w=4, and ends at

f(5)=19.f(5)=\frac19.

Also, f(w)=0f(w)=0 for w<2w<2 and for w>5w>5.

(b)

解法一

思路

展开

密度曲线最高点的横坐标就是众数。由 (a) 的对称轴可直接读出。

答题过程

展开

The maximum of the quadratic occurs at w=4w=4.

Therefore,

Mode of W=4 kg.\boxed{\text{Mode of }W=4\text{ kg}}.

(c)

解法一

思路

展开

连续型随机变量的均值为 wf(w)dw\int wf(w)\,\mathrm{d}w。先展开被积式,再在支撑区间 [2,5][2,5] 上积分。

答题过程

展开 E(W)=1925w(6w)(w2)dw=1925(w3+8w212w)dw=19[w44+8w336w2]25=3.75 kg.\begin{align*} E(W) =&\,\frac19\int_2^5w(6-w)(w-2)\,\mathrm{d}w\\[4mm] =&\,\frac19\int_2^5\big(-w^3+8w^2-12w\big)\,\mathrm{d}w\\[4mm] =&\,\frac19\left[-\frac{w^4}{4}+\frac{8w^3}{3}-6w^2\right]_2^5\\[4mm] =&\,\boxed{3.75\text{ kg}}. \end{align*}

(d)

解法一

思路

展开

使用 Var(W)=E(W2)[E(W)]2\operatorname{Var}(W)=E(W^2)-[E(W)]^2,并从方差开平方得到标准差。

答题过程

展开 Var(W)=735(154)2=4380.\begin{align*} \operatorname{Var}(W) =&\,\frac{73}{5}-\left(\frac{15}{4}\right)^2\\[4mm] =&\,\frac{43}{80}. \end{align*}

Hence

sd(W)=4380=0.73314=0.733 kg (3 s.f.).\begin{align*} \operatorname{sd}(W) =&\,\sqrt{\frac{43}{80}}\\[4mm] =&\,0.73314\ldots\\[4mm] =&\,\boxed{0.733\text{ kg}}\text{ (3 s.f.).} \end{align*}

(e)

解法一

思路

展开

中位数 mm 满足 P(Wm)=0.5P(W\leq m)=0.5。分别计算 3.7 和 3.8 左侧的累计概率;若两者分居 0.5 两侧,就能证明中位数位于两数之间。

答题过程

展开

For 2w52\leq w\leq5,

F(w)=192w(t2+8t12)dt.F(w)=\frac19\int_2^w\big(-t^2+8t-12\big)\,\mathrm{d}t.

Therefore,

F(3.7)=0.460<0.5,F(3.8)=0.504>0.5.\begin{align*} F(3.7)&=0.460\ldots<0.5,\\[4mm] F(3.8)&=0.504\ldots>0.5. \end{align*}

Since the cumulative probability passes through 0.50.5 between these two values,

3.7<median<3.8.\boxed{3.7<\text{median}<3.8}.

解法二

思路

展开

官方评分标准也接受直接令累计概率等于 0.50.5,解出中位数后再检查其他三次方程根不在分布的支撑区间内。

答题过程

展开

Let the median be mm. Then

192m(w2+8w12)dw=12.\frac19\int_2^m\big(-w^2+8w-12\big)\,\mathrm{d}w=\frac12.

This gives

2m324m2+72m37=0.2m^3-24m^2+72m-37=0.

The roots are approximately 0.650.65, 3.793.79 and 7.67.6. Only 3.793.79\ldots lies in [2,5][2,5], so

m3.79,\boxed{m\approx3.79},

which again shows that 3.7<m<3.83.7<m<3.8.

(f)

解法一

思路

展开

面积从 150 m2150\text{ m}^2 放大到 900 m2900\text{ m}^2,比例为 6,所以泊松均值变为 30。按题意用正态近似,并对“少于 20”使用连续性修正 19.519.5

答题过程

展开

Let XX be the number of spoiled watermelons in the selected area. Then

XPo(30).X\sim\operatorname{Po}(30).

Using the normal approximation,

XN(30,30).X\approx N(30,30).

Hence

P(X<20)P(Z<19.53030)=P(Z<1.917)=0.0276 (approximately).\begin{align*} P(X<20) &\approx P\left(Z<\frac{19.5-30}{\sqrt{30}}\right)\\[4mm] &=P(Z<-1.917\ldots)\\[4mm] &=\boxed{0.0276}\text{ (approximately).} \end{align*}