i)
The moment generating function (MGF):
m X ( t ) = E e t X m_X(t)=Ee^{tX} m X ( t ) = E e tX
m X ( t ) = ∫ − ∞ ∞ e t x f ( x ) d x = ∫ − ∞ ∞ e t x e − ( x + 11 ) 2 / 98 98 π d x = m_X(t)=\int^{\infin}_{-\infin}e^{tx}f(x)dx=\int^{\infin}_{-\infin}\frac{e^{tx}e^{-(x+11)^2/98}}{\sqrt{98\pi}}dx= m X ( t ) = ∫ − ∞ ∞ e t x f ( x ) d x = ∫ − ∞ ∞ 98 π e t x e − ( x + 11 ) 2 /98 d x =
= e − 121 / 98 98 π ∫ − ∞ ∞ e − ( x 2 + x ( 98 t + 22 ) ) / 98 d x = e − 121 / 98 98 π ⋅ e ( 98 t + 22 ) 2 / 392 98 π = e ( 24.5 t 2 + 11 t ) =\frac{e^{-121/98}}{\sqrt{98\pi}}\int^{\infin}_{-\infin}e^{-(x^2+x(98t+22))/98}dx=\frac{e^{-121/98}}{\sqrt{98\pi}}\cdot e^{(98t+22)^2/392}\sqrt{98\pi}=e^{(24.5t^2+11t)} = 98 π e − 121/98 ∫ − ∞ ∞ e − ( x 2 + x ( 98 t + 22 )) /98 d x = 98 π e − 121/98 ⋅ e ( 98 t + 22 ) 2 /392 98 π = e ( 24.5 t 2 + 11 t )
ii)
P ( − 3 > − X > 13 ) = ∫ − ∞ − 3 f ( − x ) d x + ∫ 13 ∞ f ( − x ) d x = P(-3>-X>13)=\int^{-3}_{-\infin}f(-x)dx+\int^{\infin}_{13}f(-x)dx= P ( − 3 > − X > 13 ) = ∫ − ∞ − 3 f ( − x ) d x + ∫ 13 ∞ f ( − x ) d x =
= ∫ − ∞ − 3 e − ( − x + 11 ) 2 / 98 98 π d x + ∫ 13 ∞ e − ( − x + 11 ) 2 / 98 98 π d x = − ( e r f ( 14 / 98 ) − 1 ) 98 π 2 98 π − ( e r f ( 2 / 98 ) − 1 ) 98 π 2 98 π =\int^{-3}_{-\infin}\frac{e^{-(-x+11)^2/98}}{\sqrt{98\pi}}dx+\int^{\infin}_{13}\frac{e^{-(-x+11)^2/98}}{\sqrt{98\pi}}dx=-\frac{(erf(14/\sqrt{98})-1)\sqrt{98\pi}}{2\sqrt{98\pi}}-\frac{(erf(2/\sqrt{98})-1)\sqrt{98\pi}}{2\sqrt{98\pi}} = ∫ − ∞ − 3 98 π e − ( − x + 11 ) 2 /98 d x + ∫ 13 ∞ 98 π e − ( − x + 11 ) 2 /98 d x = − 2 98 π ( er f ( 14/ 98 ) − 1 ) 98 π − 2 98 π ( er f ( 2/ 98 ) − 1 ) 98 π
where erf is error function.
e r f ( 14 / 98 ) = 0.95 , e r f ( 2 / 98 ) = 0.22 erf(14/\sqrt{98})=0.95,\ erf(2/\sqrt{98})=0.22 er f ( 14/ 98 ) = 0.95 , er f ( 2/ 98 ) = 0.22
P ( − 3 > − X > 13 ) = 0.025 + 0.390 = 0.415 P(-3>-X>13)=0.025+0.390=0.415 P ( − 3 > − X > 13 ) = 0.025 + 0.390 = 0.415
iii)
P ( ∣ X + 11 ∣ ≥ C ) = 2 ∫ C − 11 ∞ e − ( x + 11 ) 2 / 98 98 π d x = 0.0614 P(|X+11|\ge C)=2\int^{\infin}_{C-11}\frac{e^{-(x+11)^2/98}}{\sqrt{98\pi}}dx=0.0614 P ( ∣ X + 11∣ ≥ C ) = 2 ∫ C − 11 ∞ 98 π e − ( x + 11 ) 2 /98 d x = 0.0614
2 ⋅ − e r f ( ( 2 ( C − 11 ) + 11 2 ) / 14 ) − 1 2 = 0.0614 2\cdot-\frac{erf((\sqrt{2}(C-11)+11\sqrt{2})/14)-1}{2}=0.0614 2 ⋅ − 2 er f (( 2 ( C − 11 ) + 11 2 ) /14 ) − 1 = 0.0614
e r f ( ( 2 ( C − 11 ) + 11 2 ) / 14 ) = 1 − 0.0614 = 0.9386 erf((\sqrt{2}(C-11)+11\sqrt{2})/14)=1-0.0614=0.9386 er f (( 2 ( C − 11 ) + 11 2 ) /14 ) = 1 − 0.0614 = 0.9386
( 2 ( C − 11 ) + 11 2 ) / 14 = 1.323 (\sqrt{2}(C-11)+11\sqrt{2})/14=1.323 ( 2 ( C − 11 ) + 11 2 ) /14 = 1.323
C = 14 ⋅ 1.323 − 11 2 2 + 11 = 13.1 C=\frac{14\cdot 1.323-11\sqrt{2}}{\sqrt{2}}+11=13.1 C = 2 14 ⋅ 1.323 − 11 2 + 11 = 13.1
iv)
Z 0.0031 = − 3.42 Z_{0.0031}=-3.42 Z 0.0031 = − 3.42
− Z 0.0031 = 3.42 -Z_{0.0031}=3.42 − Z 0.0031 = 3.42
x − μ σ = 3.42 \frac{x-\mu}{\sigma}=3.42 σ x − μ = 3.42
μ = − 11 , σ = 7 \mu=-11,\ \sigma=7 μ = − 11 , σ = 7
X = 3.42 σ + μ = 3.42 ⋅ 7 − 11 = 12.94 X=3.42\sigma+\mu=3.42\cdot7-11=12.94 X = 3.42 σ + μ = 3.42 ⋅ 7 − 11 = 12.94
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