高二理科数学寒假讲义第5讲 概率与统计 第8级.101次求婚有几次能成功教师版
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1、 1 通过上节课的学习,我们已经知道分布列实际是一种函数,确切的说是一种离散型的函数,所谓的分 布列的表格就是列表法表示函数.比如我们可以类似于连续函数做出离散型函数的函数图象.如上一讲 中的例 6,我们知道它的分布列为: X 0 1 2 3 4 5 P 1 36 1 12 1 9 1 3 1 9 1 3 于是,我们可以根据分布列画出函数的图象. 考点 1:二点分布 满分晋级 第 5 讲 101 次求婚, 有几次能成功 概率与统计 4 级 离了散了变了 概率与统计概率与统计 5 5 级级 101101 次求婚,有几次求婚,有几 次能成功次能成功 概率与统计 6 级 概率与统计 考点归纳 543
2、21 0 P X 2 1.如果随机变量X的分布列为 X 1 0 P p 1 p 其中01p,则称离散型随机变量X服从参数为p的二点分布二点分布又称01分布,由于只 有两个可能结果的随机试验叫做伯努利试验,所以这种分布又称为伯努利分布 【举例】两点分布的应用十分广泛,如抽取的彩票是否中奖;买回的一件产品是否为正品;新生 婴儿的性别;投篮是否命中等等,都可以用二点分布来研究.老师可以以下边的例子讲 解两点分布,让学生从直观上理解二点分布 屋子里关着一只鸟,这只鸟要从窗户飞出去,屋子里有三扇窗户,只有一个是开着的,剩 下两个有玻璃,不过这只鸟的眼神不是特别好,看不清哪个是开着的于是,他会随机的 挑选
3、一个撞过去,那么成功率就是 1 3 .随机变量X为这只鸟从窗户飞出去的结果,成功定 义为1,失败定义为0,则X的分布列满足二点分布 2.二点分布的期望与方差: 若随机变量X服从参数为p的二点分布,则 101E Xppp ; 22 1011D Xpppppp 【教师备案】二点分布严格定义是01分布,不过实际上二点分布的模型可以应用于自然界所有“只有 两种情况”的情况.比如:我们高考考北大,我们可以把考上定义为1,没考上定义为0, 这样就可以写出一个二点分布的分布列我们可以以这个分布列来估计考上北大的可能 性,进而决定我们如何报考这里会有一个比较有意思的问题:在什么情况下我们会比 较纠结呢?直观的
4、看,假设我们考上的概率是40%,考不上的概率是60%,我们就会侧 重于不报考;如果考上的概率60%,考不上的概率是40%的话,我们就会考虑报考.但是 如果我们发现考上的概率是50%的话,就彻底纠结了这个时候其实我们最靠谱的办法 是掷硬币从数学的角度分析,这件事非常简单,我们知道二点分布的方差是 1pp,由均值不等式很容易得出当 1 2 p 的时候,方差最大,也就是结果的波动性最 大.此时我们是最没有办法估计结果的 【例1】 二点分布 从装有6只白球和4只红球的口袋中任取1只球, 用X表示“取到的白球个数”, 求随机变量X 的分布列及期望与方差 【解析】 由 题 意 知 42 0 645 P X
5、 , 63 1 645 P X , 故 随 机 变 量X的 分 布 列 为 2 0 5 P X , 3 1 5 P X ,概率分布表如下: X 0 1 X 1 0 P 1 3 2 3 经典精讲 知识点睛 3 P 2 5 3 5 3 5 E X , 236 5525 D X 考点 2:超几何分布 1.超几何分布 一般地,设有总数为N件的两类物品,其中一类有M件,从所有物品中任取n件()nN,这n件 中所含这类物品件数X是一个离散型随机变量,它取值为m时的概率为 CC () C mn m MN M n N P Xm (0 1ml , , ,l为n和M中较小的一个 ) 我们称离散型随机变量X的这种形
6、式的概率分布为超几何分布,也称X服从参数为N,M,n的 超几何分布在超几何分布中,只要知道N,M和n,就可以根据公式求出X取不同值时的概率 ()P Xm,从而列出X的分布列 2.超几何分布的期望与方差: 若离散型随机变量X服从参数为NMn, ,的超几何分布, 则() nM E X N ;1 1 nMMNn D X NNN 【举例】可以继续延续之前那个鸟的例子,假设现在屋子里有100扇窗户,其中有10扇窗户是打开的, 现在鸟不傻了,不过眼神依然不好.他现在决定尝试20次(否则可能撞的次数太多给撞死了) , 并且撞过的窗户不再去撞了,记录结果,统计一下有多少次能出去.这就是超几何分布,从模 型角度
7、讲,超几何分布就是“无放回”的抽取.超几何分布的典型例子就是生物学上的标记重捕 法先标记种群内的一部分个体,放回后再次捕捉,统计含有标记的数量,来估计总数,这 实际是利用了超几何分布的期望的直观意义 【教师备案】老师在讲完超几何分布后,就可以让学生做例2,例2主要是让学生写超几何分布的分布 列,关键是让学生从题目上就可以看出是超几何分布,然后根据超几何分布的概率公式 就可以很快写出分布列;然后老师就可以继续讲超几何分布的期望与方差,对于超几何 的期望和方差,老师可以只介绍期望公式,方差的公式太麻烦了,所以不建议给学生讲 解,而且期望的公式推导过程也不要求,只需让学生记住就行了讲完期望公式后,就
8、 可以让学生做例3,例3主要是套公式,学生会发现,对于超几何分布求期望用公式也非 常快 【例2】 求超几何分布的分布列 一个口袋内有 4 个不同的红球,6 个不同的白球,从中任取 4 个球, 求其中红球个数的分布列 求其中白球个数的分布列 【追问】从红球的分布列和白球的分布列你能看出X和Y的取值之间有什么关系? 【解析】 记X表示“取出 4 个球中红球的个数”,则X服从参数为10 4 4, ,的超几何分布 04 46 4 10 CC1 (0) C14 P X , 13 46 4 10 CC8 (1) C21 P X , 22 46 4 10 CC3 (2) C7 P X , 31 46 4 1
9、0 CC4 (3) C35 P X , 40 46 4 10 CC1 (4) C210 P X 经典精讲 知识点睛 4 X的分布列为: X 0 1 2 3 4 P 1 14 8 21 3 7 4 35 1 210 记Y表示“取出 4 个球中白球的个数”,则Y服从参数为10 6 4, ,的超几何分布 40 46 4 10 CC1 (0) C210 P Y , 31 46 4 10 CC4 (1) C35 P Y , 22 46 4 10 CC3 (2) C7 P Y , 13 46 4 10 CC8 (3) C21 P Y , 04 46 4 10 CC1 (4) C14 P Y , Y的分布列
10、为: Y 0 1 2 3 4 P 1 210 4 35 3 7 8 21 1 14 【追问】4XY,故(0)(4)(1)(3)P XP YP XP Y, 提高班学案提高班学案 1 【铺1】 某人参加一次英语口语考试,已知在备选的10道试题中,能答对其中的6题,规定每次考试 都从备选题中随机抽出5题进行测试,求他答对题数的期望 【解析】 设答对的试题数为,则服从参数为10 6 5, ,的超几何分布,因此 由公式知他答对题数的期望为 56 3 10 E 【例3】 求超几何分布的期望 一个袋中装有大小相同的球,其中红球5个、黑球3个,现在从中随机摸出3个球 求摸到红球个数的概率分布列和数学期望; 求
11、摸到黑球个数的概率分布列和数学期望 【解析】 摸到红球的个数为离散型随机变量, 且服从8N ,5M ,3n 的超几何分布,可 能取值为0 1 23, ,于是有 3 53 3 8 C C C mm Pm 03 53 3 8 C C1 0 C56 P, 12 53 3 8 C C15 1 C56 P, 21 53 3 8 C C15 2 C28 P, 30 53 3 8 C C5 3 C28 P 所以摸到红球个数的分布列为 0 1 2 3 P 1 56 15 56 15 28 5 28 5 315 88 E 摸到黑球的个数为离散型随机变量,且服从8N ,3M ,3n 的超几何分布,可 能取值为0
12、1 23, ,于是有 3 35 3 8 C C C mm Pm 03 35 3 8 C C5 0 C28 P, 12 35 3 8 C C15 1 C28 P, 21 35 3 8 C C15 2 C56 P, 30 35 3 8 C C1 3 C56 P 所以摸到黑球个数的分布列为 5 0 1 2 3 P 5 28 15 28 15 56 1 56 3 39 88 E 【点评】 解题的关键是能够判断所给问题属于超几何分布模型 尖子班学案尖子班学案 1 【拓【拓2】 盒中有5个球,其中3个白球,2个黑球,从中任取两个球,求取出白球个数的期望和方差 【解析】 设取出白球个数为,则服从参数为5 3
13、 2,的超几何分布,的可能取值为0 1 2, 因此, 32 1.2 5 E , 222133 01.21 1.221.20.36 10510 D 目标班学案目标班学案 1 【拓【拓3】 某人可从一个内有2张100元,3张50元的袋子里任取2张,求他获得钱数的期望值 【解析】 方法一: 设他取得 100 元的张数为X,则X服从参数为5 2 2, ,的超几何分布 021120 232323 222 555 C CC CC C361 (0)(1)(2) C10C10C10 P XP XP X, 0 1 2X ,时他所获得的钱数分别为100 150 200, 因此他获得钱数的期望值为: 100(0)
14、150(1)200(2)140P XP XP X元 方法二: 设他取得100元的张数为X,则X服从参数为5 2 2, ,的超几何分布 由公式知 224 55 E X 因此他获得钱数的期望值为: 44 100502140 55 元 考点 3:二项分布 1独立重复试验 如果每次试验,只考虑有两个可能的结果A及A,并且事件A发生的概率p相同在相同的条件下, 重复地做n次试验,各次试验的结果相互独立,那么一般就称它们为n次独立重复试验 n次独立重复试验中,事件A恰好发生k次的概率为( )C(1) kkn k nn P kpp (0,1, 2,)kn 2二项分布 若将事件A发生的次数设为X,事件A不发生
15、的概率为1qp ,那么在n次独立重复试验中,事 件A恰好发生k次的概率是()Ck kn k n P Xkp q ,其中0,1, 2,kn 于是得到X的分布列 X 0 1 k n P 00 C n n p q 111 C n n p q Ck kn k n p q 0 Cn n n p q 称这样的离散型随机变量X服从参数为n,p的二项分布,记作( ,)XB n p 知识点睛 6 3二项分布的期望与方差: 若离散型随机变量X服从参数为n和p的二项分布,则 ()E Xnp,()D Xnpq(1)qp 【教师备案】学生没学过二项式定理,所以期望和方差的推导了解即可 【教师备案】设离散型随机变量X服从
16、参数为n和p的二项分布,由X的分布列 ()Ck kn k n P Xkp q ,0k ,1,2,n和数学期望的定义式得到 001112220 ()0 C1 C2 CCC nnnkkn knn nnnnn E Xp qp qp qkp qnp q 00111211(1) (1)110 1111 (CCCC) nnkknknn nnnn npp qp qpqpq 1 ()nnp pqnp , 所以()E Xnp 22 0202 C(1)CC(1)C nnnn iin iiin iiin iiin i nnnn iiii E Xip qi ip qip qi ip qE X 222(2) (2) 2
17、 2 (1)C n iini n i n nppqE X 2 2(2) 2 0 (1)C n jjnj n j n npp qE X 2222 (1)()(1)(1) n n nppqE Xn npE Xn npnp , 22222 ()(1)()D XE XE Xn npnpnpnpnpnpq 故D Xnpq 【举例】老师可以以二点分布知识点睛中的【举例】继续引申,从而让学生更直观的理解二项分布. 现在假设这只鸟比较傻,每次都记不住上次的结果,那么这只鸟就可能需要不停的重复 进行撞玻璃的操作,每次的成功率都是 1 3 .这种独立重复试验就可以用二项分布的模型来 研究从直观意义上来讲,二项分布
18、可以看做是多个二点分布重复出现的结果.从模型角 度讲,二项分布实际是“有放回”抽取的模型.对于二项分布的期望和方差,我们一样可以 有直观意义.二项分布的期望指的是平均成功次数,而方差是随着次数的增多而增加,相 比于二点分布,在同样的试验次数下,二项分布也是在 1 2 p 时方差最大,也就是结果最 不稳定 【教师备案】老师在讲完二项分布后,就可以让学生做例4,例4主要是让学生写二项分布的分布列, 关键是让学生从题目上就可以看出是二项分布,然后根据二项分布的概率公式就可以很 快写出二项分布列;然后老师就可以继续讲二项分布的期望与方差,讲完期望与方差公 式后,就可以让学生做例5,例5主要是套公式,学
19、生会发现,对于二项分布求期望和方 差用公式非常快,这时就不需要用上一讲讲的期望和方差最原始的公式了 提高班学案提高班学案 2 【铺1】 某一学校心理咨询中心服务电话接通率为 3 4 ,某班 3 名同学商定明天分别就同一问题询问 该服务中心且每人只拨打一次,求他们中成功咨询的人数的分布列 【解析】 3 个人各做一次试验,看成三次独立重复实验,拨通这一电话的人数即为事件的发生次数, 故符合二项分布由题意可知: 3 3 4 B , 所以 3 3 31 ()C 44 kk k Pk ,0k ,1,2,3 的分布列为 0 1 2 3 经典精讲 7 P 1 64 9 64 27 64 27 64 【例4】
20、 求二项分布的分布列 一名学生骑自行车上学,从他家到学校的途中有 6 个交通岗,假设他在各个交通岗遇到红灯 的事件是相互独立的,并且概率都是 1 3 设为这名学生在途中遇到的红灯次数,求的分 布列 【解析】 将遇到每个交通岗看做一次试验,遇到红灯的概率都是 1 3 ,且每次试验结果相互独立, 故 1 6 3 B ,所以的分布为 6 6 12 ()C(0 126) 33 kk k Pkk , , , , 0 1 2 3 4 5 6 P 64 729 64 243 80 243 160 729 20 243 4 243 1 729 提高班学案提高班学案 3 【铺1】 设 B np,且 2.4E,
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