Solution:
a. Let's use the normalization condition
∫ − ∞ + ∞ P ( x ) d x = 1 \int^{+\infty}_{-\infty}P(x)dx=1 ∫ − ∞ + ∞ P ( x ) d x = 1 .
Then
∫ 5 10 ( x − 5 ) / ( 5 h ) d x + ∫ 10 15 ( 1 / h ) d x + ∫ 15 20 ( − ( x − 20 ) / ( 5 h ) ) d x \int ^{10} _{5}(x-5)/(5h)dx+\int ^{15} _{10}(1/h)dx+\int ^{20} _{15}(-(x-20)/(5h))dx ∫ 5 10 ( x − 5 ) / ( 5 h ) d x + ∫ 10 15 ( 1/ h ) d x + ∫ 15 20 ( − ( x − 20 ) / ( 5 h )) d x
= ( x − 5 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 5 10 + x / h ∣ 10 15 − ( x − 20 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 15 20 =(x-5)^2/(10h)|^{10}_{5}+x/h|^{15}_{10}-(x-20)^2/(10h)|^{20}_{15} = ( x − 5 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 5 10 + x / h ∣ 10 15 − ( x − 20 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 15 20
= 5 / ( 2 h ) + 5 / h + 5 / ( 2 h ) = 10 / h =5/(2h)+5/h+5/(2h)=10/h = 5/ ( 2 h ) + 5/ h + 5/ ( 2 h ) = 10/ h .
10 / h = 1 10/h=1 10/ h = 1 =>
h = 10 h=10 h = 10 .
b. P ( X < 30 ) = ∫ − ∞ 30 P ( x ) d x = 1 P(X<30)=\int^{30}_{-\infty}P(x)dx=1 P ( X < 30 ) = ∫ − ∞ 30 P ( x ) d x = 1 .
c. P ( X < 16 ) = ∫ − ∞ 16 P ( x ) d x = P(X<16)=\int^{16}_{-\infty}P(x)dx= P ( X < 16 ) = ∫ − ∞ 16 P ( x ) d x =
= ∫ 5 10 ( x − 5 ) / ( 5 h ) d x + ∫ 10 15 ( 1 / h ) d x + ∫ 15 16 ( − ( x − 20 ) / ( 5 h ) ) d x = =\int ^{10} _{5}(x-5)/(5h)dx+\int ^{15} _{10}(1/h)dx+\int ^{16} _{15}(-(x-20)/(5h))dx= = ∫ 5 10 ( x − 5 ) / ( 5 h ) d x + ∫ 10 15 ( 1/ h ) d x + ∫ 15 16 ( − ( x − 20 ) / ( 5 h )) d x =
= 5 / ( 20 ) + 5 / 10 − ( x − 20 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 15 16 = 1 / 4 + 1 / 2 − ( 16 / 100 − 25 / 100 ) = 0.84 =5/(20)+5/10-(x-20)^2/(10h)|^{16}_{15}=1/4+1/2-(16/100-25/100)=0.84 = 5/ ( 20 ) + 5/10 − ( x − 20 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 15 16 = 1/4 + 1/2 − ( 16/100 − 25/100 ) = 0.84
So, P ( X < 16 ) = 0.84 P(X<16)=0.84 P ( X < 16 ) = 0.84
d. If x < 15 x<15 x < 15 then P ( X < x ) < P ( X < 15 ) = ∫ − ∞ 15 P ( x ) d x = ∫ 5 10 ( x − 5 ) / ( 5 h ) d x + ∫ 10 15 ( 1 / h ) d x = 1 / 4 + 1 / 2 = 0.75 P(X<x)<P(X<15)=\int^{15}_{-\infty}P(x)dx=\int ^{10} _{5}(x-5)/(5h)dx+\int ^{15} _{10}(1/h)dx=1/4+1/2=0.75 P ( X < x ) < P ( X < 15 ) = ∫ − ∞ 15 P ( x ) d x = ∫ 5 10 ( x − 5 ) / ( 5 h ) d x + ∫ 10 15 ( 1/ h ) d x = 1/4 + 1/2 = 0.75
Therefore x > 15 x>15 x > 15 .
If x > 20 x>20 x > 20 then P ( X < x ) > P ( X < 20 ) = 1 P(X<x)>P(X<20)=1 P ( X < x ) > P ( X < 20 ) = 1
Therefore
x < 20 x<20 x < 20 (1)
So, P ( X < x ) = ∫ − ∞ x P ( t ) d t = P(X<x)=\int^{x}_{-\infty}P(t)dt= P ( X < x ) = ∫ − ∞ x P ( t ) d t =
= ∫ 5 10 ( t − 5 ) / ( 5 h ) d t + ∫ 10 15 ( 1 / h ) d t + ∫ 15 x ( − ( t − 20 ) / ( 5 h ) ) d t = =\int ^{10} _{5}(t-5)/(5h)dt+\int ^{15} _{10}(1/h)dt+\int ^{x} _{15}(-(t-20)/(5h))dt= = ∫ 5 10 ( t − 5 ) / ( 5 h ) d t + ∫ 10 15 ( 1/ h ) d t + ∫ 15 x ( − ( t − 20 ) / ( 5 h )) d t =
= 1 / 4 + 1 / 2 − ( t − 20 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 15 x = 3 / 4 − ( ( x − 20 ) 2 / 100 − 25 / 100 ) = 1 − ( x − 20 ) 2 / 100 =1/4+1/2-(t-20)^2/(10h)|^{x}_{15}=3/4-((x-20)^2/100-25/100)=1-(x-20)^2/100 = 1/4 + 1/2 − ( t − 20 ) 2 / ( 10 h ) ∣ 15 x = 3/4 − (( x − 20 ) 2 /100 − 25/100 ) = 1 − ( x − 20 ) 2 /100
From the condition P ( X < x ) = 0.95 P(X<x)=0.95 P ( X < x ) = 0.95 we obtain the equation
1 − ( x − 20 ) 2 / 100 = 0.95 1-(x-20)^2/100=0.95 1 − ( x − 20 ) 2 /100 = 0.95
( x − 20 ) 2 / 100 = 0.05 (x-20)^2/100=0.05 ( x − 20 ) 2 /100 = 0.05
( x − 20 ) 2 = 5 (x-20)^2=5 ( x − 20 ) 2 = 5
x 1 = 20 − 5 x_1=20-\sqrt5 x 1 = 20 − 5
x 2 = 20 + 5 x_2=20+\sqrt5 x 2 = 20 + 5 - does not satisfy the condition (1).
So,
x = 20 − 5 x=20-\sqrt5 x = 20 − 5
x ≈ 17.76 x\approx17.76 x ≈ 17.76
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