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如图, 在一条无限长的轨道上, 一个质点在随机外力的作用下, 从位置 0 出发, 每次向左或向右移动一个单位, 且每次向左的概率为 13. 设移动 n 次后质点位于位置 Xn.
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  1. 求 P(X4=−2);
  2. 求 E(X30);
  3. 指出质点移动 n=3m+2 (m∈N) 次后, 最有可能位于哪个位置, 并说明理由.
解

  1. 当 X4=−2, 意味着质点向左移动了 3 次, 向右移动了一次, 因此 P(X4=−2)=(13)3(23)C43=881.
  2. 记随机变量 ξi 表示第 i 步的位置变化量. 如果向左, 则 ξi=−1, 否则 ξi=+1. 从而 E(X30)=E(∑i=130ξi)=∑i=130Eξi=30×(−13+23)=10.
  3. 设质点向左移动了 k 次, 向右移动了 n−k 次, 则质点的位置为 n−2k, 概率为 P(Xn=n−2k)=Cnk(13)k(23)n−k=Cnk3n(12)k. 从而概率最大等价于 ak=Cnk(12)k 最大. 则 {ak≥ak−1,ak≥ak+1⇒{n!k!(n−k)!12≥n!(k−1)!(n−k+1)!,n!k!(n−k)!≥n!(k+1)!(n−k−1)!12,⇒{k≤m+1,k≥m, 所以 ak 在 k=m,m+1 时取到最大值, 因此最有可能的位置是 n−k=3m+2−k 为 m+2 或 m.