Companion to the IB-Style Practice SetIB 风格练习题的解析配套
Syllabus 4.7 – 4.9 SL + AHL 4.11考纲 4.7 – 4.9 SL + AHL 4.11 AA HL
v1.1 · companion to Unit_D3_Probability_Distributions_Practice.html v1.1 · 12 Qs · 91 marks · mark-by-mark withUnit_D3_Probability_Distributions_Practice.html v1.1 配套 · 12 题 · 91 分 · 按 IB 风格逐分给出解析,附 M1 / A1 / R1 callouts分点标注
$X$ takes values $1,2,3,4$ with $P = 0.2, 0.3, k, 0.1$. Find $k$, $P(X \le 2)$, $E(X)$.离散型随机变量(discrete random variable)$X$ 的取值为 $1,2,3,4$,对应概率为 $0.2, 0.3, k, 0.1$。求 $k$、$P(X \le 2)$ 与期望(E(X),expected value)。
expected value) M1·A1·A1Heads $+\$5$, tails $-\$3$, fair coin.均匀硬币:正面 $+\$5$、反面 $-\$3$。
expected profit) M1·A1fair game):公平博弈要求 $E(\text{profit}) = 0$,但此处 $E = \$1 \ne 0$。长期来看玩家占优。
$X \sim B(3, 1/3)$. Distribution table; $E(X)$; $P(X \ge 1)$.$X \sim B(3, 1/3)$ 服从二项分布(binomial distribution)。列出概率分布表;求 $E(X)$ 与 $P(X \ge 1)$。
| $x$ | $0$ | $1$ | $2$ | $3$ |
|---|---|---|---|---|
| $P(X = x)$ | $\dfrac{8}{27}$ | $\dfrac{12}{27}$ | $\dfrac{6}{27}$ | $\dfrac{1}{27}$ |
| $x$ | $0$ | $1$ | $2$ | $3$ |
|---|---|---|---|---|
| $P(X = x)$ | $\dfrac{8}{27}$ | $\dfrac{12}{27}$ | $\dfrac{6}{27}$ | $\dfrac{1}{27}$ |
$X \sim N(50, 100)$; given $P(Z < 1) = 0.8413$.$X$ 服从正态分布(normal distribution,N(μ, σ²))$X \sim N(50, 100)$;已知 $P(Z < 1) = 0.8413$。
z-score) A1SD)的对称区间:
$$ P(40 < X < 60) \;=\; P(-1 < Z < 1) \;=\; 2 \cdot P(0 < Z < 1) \;=\; 2 \cdot (0.8413 - 0.5) \;=\; 2 \cdot 0.3413 \;=\; \boxed{0.6826}. $$
$X \sim B(5, 1/2)$.$X \sim B(5, 1/2)$(二项分布)。
$X \in \{-1, 0, 1, 2\}$ with $P = 1/8, 3/8, 3/8, 1/8$. Find $E(X)$, $E(X^2)$, $\text{Var}(X)$, $\text{Var}(2X-1)$.$X \in \{-1, 0, 1, 2\}$,对应概率为 $1/8, 3/8, 3/8, 1/8$。求 $E(X)$、$E(X^2)$、方差(Var(X))、$\text{Var}(2X-1)$。
$f(x) = kx$ on $[0, 2]$. Find $k$, $P(X > 1)$, median $m$.概率密度函数(probability density function,pdf)$f(x) = kx$,定义域 $[0, 2]$。求 $k$、$P(X > 1)$、中位数 $m$。
median) M1·M1·A1mode):$f$ 取得最大值之处;均值:$\int x f(x)\,dx$。每个积分都只需写一行 —— 但你必须把它们的形式写对。Biscuit mass $X \sim N(50, 10^2)$ g.饼干质量 $X \sim N(50, 10^2)$ 克。
normalcdf(lower=45, upper=55, μ=50, σ=10):
$$ P(45 < X < 55) \;=\; \boxed{0.383}\ (3\text{ s.f.}). $$
Equivalent via standardisation: $z_1 = -0.5$, $z_2 = 0.5$; $P = 2(0.6915 - 0.5) = 0.383$.
normalcdf" is fine; bare $0.383$ is not.normalcdf M1·M1·A1normalcdf(lower=45, upper=55, μ=50, σ=10):
$$ P(45 < X < 55) \;=\; \boxed{0.383}\ (\text{3 位有效数字})。 $$
也可用标准化(z-score)法:$z_1 = -0.5$,$z_2 = 0.5$;$P = 2(0.6915 - 0.5) = 0.383$。
normalcdf 得"可以接受;只写一个 $0.383$ 则不行。Adult male heights $X \sim N(170, 7^2)$ cm.成年男性身高 $X \sim N(170, 7^2)$ cm。
invNorm(area=0.90, μ=170, σ=7):
$$ x_0 \;\approx\; 170 + 7 \cdot 1.2816 \;\approx\; 170 + 8.97 \;\approx\; \boxed{179.0\ \text{cm}}. $$
(Equivalent: $z_0 = \text{invNorm}(0.90) \approx 1.28$; then $x_0 = \mu + z_0\sigma$.)
invNorm returns the value with the given area to the left. For "top $10\%$" you need area-to-left $= 0.90$, not $0.10$. Read this carefully on the calculator.invNorm) M1·M1·A1invNorm(area=0.90, μ=170, σ=7):
$$ x_0 \;\approx\; 170 + 7 \cdot 1.2816 \;\approx\; 170 + 8.97 \;\approx\; \boxed{179.0\ \text{cm}}. $$
(等价做法:$z_0 = \text{invNorm}(0.90) \approx 1.28$;再由 $x_0 = \mu + z_0\sigma$ 求得。)
invNorm 返回的是给定左侧累积面积对应的值。求"前 $10\%$"对应的身高,应使用左侧面积 $= 0.90$,而非 $0.10$。在计算器上务必看清。$X \sim N(60, \sigma^2)$, $P(X > 70) = 0.10$.$X \sim N(60, \sigma^2)$,$P(X > 70) = 0.10$。
normalcdf(-∞, 50, 60, 7.80) $\approx 0.100$. ✓
normalcdf(-∞, 50, 60, 7.80) $\approx 0.100$。 ✓
$X \sim N(100, 15^2)$, $Y \sim N(80, 20^2)$, independent.$X \sim N(100, 15^2)$,$Y \sim N(80, 20^2)$,相互独立。
linear transformation))$X \sim N(30, 1.5^2)$ ml espresso shots; sample-mean distribution, sample-size threshold, sum of two shots, then a sentence on the CLT.浓缩咖啡单杯体积 $X \sim N(30, 1.5^2)$ ml;样本均值的抽样分布(sampling distribution)、样本量阈值、两杯之和,最后用一句话陈述中心极限定理(central limit theorem,CLT)。
| $n$ | $\sigma_{\bar X}$ | $z = 0.5/\sigma_{\bar X}$ | tail $= 2(1-\Phi(z))$ |
|---|---|---|---|
| $59$ | $0.1953$ | $2.560$ | $\approx 0.0105$ (fails) |
| $60$ | $0.1936$ | $2.582$ | $\approx 0.0098$ (succeeds) |
standard error,SE)$1.5/\sqrt{n}$。
| $n$ | $\sigma_{\bar X}$ | $z = 0.5/\sigma_{\bar X}$ | tail $= 2(1-\Phi(z))$ |
|---|---|---|---|
| $59$ | $0.1953$ | $2.560$ | $\approx 0.0105$ (不满足) |
| $60$ | $0.1936$ | $2.582$ | $\approx 0.0098$ (满足) |
CLT)让形如 $\bar X \pm 1.96\,\text{SE}$ 的置信区间(confidence interval,CI)在实际中可用 —— 即便不知道 $X$ 的分布形态,只要 $n$ "足够大"(经验法则:$n \ge 30$,若原分布接近对称则更小即可)。代价是精度仅按 $\sqrt{n}$ 增长:在 (c) 中将尾概率从 $n = 9$ 时的 $0.317$ 压到 $n = 60$ 时的 $0.01$,样本量约扩 $7$ 倍而尾概率约缩 $30$ 倍 —— 正因为 $z = 0.5/(\sigma/\sqrt{n})$ 与 $\sqrt{n}$ 同阶,而非与 $n$ 同阶。