7.5正态分布 学案(教师版)
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1、7.5正态分布【知识点梳理】1正态曲线正态曲线沿着横轴方向水平移动只能改变对称轴的位置,曲线的形状没有改变,所得的曲线依然是正态曲线函数f(x),xR,其中R,0为参数显然对于任意xR,f(x)0,它的图象在x轴的上方可以证明x轴和曲线之间的区域的面积为1我们称f(x)为正态密度函数,称它的图象为正态分布密度曲线,简称正态曲线若随机变量X的概率密度函数为f(x),则称随机变量X服从正态分布,记为XN(,2),特别地,当0,1时,称随机变量X服从标准正态分布2由X的密度函数及图象可以发现,正态曲线还有以下特点(1)曲线是单峰的,它关于直线x对称;(2)曲线在x处达到峰值;(3)当无限增大时,曲线
2、无限接近x轴3正态分布的期望与方差若XN(,2),则E(X),D(X)24正态变量在三个特殊区间内取值的概率(1)P(X)0.6827;(2)P(2X2)0.9545;(3)P(3X3)0.9973在实际应用中,通常认为服从于正态分布N(,2)的随机变量X只取3,3中的值,这在统计学中称为3原则.【典型例题】题型一正态曲线的图象的应用例1(2021全国高二课时练习)设随机变量的正态分布密度函数为,则参数,的值分别是()A,B,C,D,【答案】D【解析】【分析】由正态分布密度函数的概念即得.【详解】由正态分布密度函数表达式知,.故选:D.规律方法利用图象求正态分布密度函数的解析式,应抓住图象的两
3、个实质性特点:一是对称轴为x,二是最大值为.这两点确定以后,相应参数,便确定了,代入f(x)中便可求出相应的解析式例2(2021黑龙江哈尔滨三中高二阶段练习)下列是关于正态曲线性质的说法:曲线关于直线对称,且恒位于轴上方;曲线关于直线对称,且仅当时才位于轴上方;曲线对应的正态密度函数是一个偶函数,因此曲线关于轴对称;曲线在处位于最高点,由这一点向左、右两边延伸时,曲线逐渐降低;曲线的位置由确定,曲线的形状由确定.其中说法正确的是()ABCD【答案】A【解析】【分析】根据正态密度曲线的特点和性质逐一判断的正确性,即可得正确选项.【详解】正态曲线关于直线对称,该曲线总是位于轴上方,故正确;不正确;
4、只有当时,正态密度函数是一个偶函数,曲线关于轴对称;此时为标准正态分布,当时,不是偶函数,故不正确;正态曲线是一条关于直线对称,在处位于最高点,且由该点向左、右两边延伸并逐渐降低的曲线,故正确;曲线的位置由对称轴确定,曲线的形状由确定,越大,图象越矮胖,越小,图象越瘦高,故正确;故说法正确.故选:A.例3(2021全国高二课时练习)如图所示是一个正态分布的图象,试根据该图象写出正态分布密度函数的解析式,求出随机变量总体的均值和方差【答案】f(x),20,22.【解析】【分析】由正态分布曲线的特点及曲线所表示的意义即可求解.【详解】解:由图可知该正态曲线关于直线x20对称,最大值是,所以20,由
5、,解得,所以该正态分布密度函数的解析式是f(x),随机变量总体的均值是20,方差是2()22.例4(2021全国高二课时练习)若某种零件的尺寸(单位:)服从正态分布,其正态密度函数在上单调递增,在上单调递减,且.试估计尺寸在7288的零件占总数的百分之几.【答案】68.27%.【解析】【分析】由题意可先确定和的值,再由正态分布的3原则结合题意即可求解【详解】由于函数在上单调递增,在上单调递减,所以正态曲线关于直线对称,且在处取得最大值,因此,所以.由,得,又因此尺寸在7288的零件大约占总数的68.27%.题型二利用正态分布的对称性求概率例5(2022全国高三专题练习)某中学高三(1)班有50
6、名学生,在一次高三模拟考试中,经统计得:数学成绩,则估计该班数学得分大于120分的学生人数为()(参考数据:)A16B10C8D2【答案】C【解析】【分析】根据正态分布的性质,结合题中所给的公式进行求解即可.【详解】因为数学成绩,所以,因此由所以有,估计该班数学得分大于120分的学生人数为,故选:C规律方法利用正态分布求概率的两个方法(1)对称法:由于正态曲线是关于直线x对称的,且概率的和为1,故关于直线x对称的区间概率相等如:P(Xa)1P(Xa);P(Xa)P(Xa)(2)“3”法:利用X落在区间,2,2,3,3内的概率分别是0.6827,0.9545,0.9973求解例6(2021全国高
7、二学业考试)已知某年的FRM(金融风险管理)一级测试成绩X服从正态分布,则54分以上的成绩所占的百分比约为()(附:,)A2.38%B1.35%C0.26%D0.15%【答案】D【解析】【分析】根据题意,先求出,进而根据正态分布的对称性求得答案.【详解】因为X服从正态分布,所以,即,所以.故选:D例7(2020江西修水高二期末(理)随机变量服从正态分布,若,则()A0B1C2D3【答案】C【解析】【分析】利用正态分布的对称性求解.【详解】因为,所以,即,所以.故选:C.例8(2021河南郑州高二期末(理)2021年5月11日和12日进行了郑州市第三次质量检测对全市的理科数学成绩进行统计分析,发
8、现数学成绩近似地服从正态分布据此估计:在全市抽取名高三学生的数学成绩,恰有名同学的成绩超过分的概率为()ABCD【答案】D【解析】【分析】由正态分布可知抽取名高三学生,数学成绩超过分的概率为,由二项分布概率公式可计算得到结果.【详解】数学成绩近似地服从正态分布,抽取名高三学生,数学成绩超过分的概率为,所求概率.故选:D.例9(2022黑龙江哈尔滨市第六中学校高二期末)已知随机变量,且,则为()A0.1358B0.2716C0.1359D0.2718【答案】C【解析】【分析】根据正态分布的对称性可求概率.【详解】由题设可得,故选:C.题型三正态分布的实际应用例10(2022全国模拟预测)为了深入
9、贯彻党的十九大和十九届五中全会精神,坚持以新时代中国特色社会主义思想为指导,落实立德树人根本任务,着眼建设高质量教育体系,强化学校教育主阵地作用,深化校外培训机构治理,构建教育良好生态,有效缓解家长焦虑情绪,促进学生全面发展、健康成长教育部门最近出台了“双减”政策,即有效减轻义务教育阶段学生过重作业负担和校外培训负担,持续规范校外培训(包括线上培训和线下培训)“双减”政策的出台对校外的培训机构经济效益产生了严重影响某大型校外培训机构为了规避风险,寻求发展制定科学方案,工作人员对2020年的前200名报名学员消费等情况进行了统计整理,其中消费情况数据如表消费金额(千元)人数30506020301
10、0(1)该大型校外培训机构转型方案之一是将文化科主阵地辅导培训向音体美等兴趣爱好培训转移,为了深入了解当前学生的兴趣爱好,工作人员利用分层抽样的方法在消费金额为和的学员中抽取了5人,再从这5人中选取3人进行有奖问卷调查,求抽取的3人中消费金额为的人数的分布列和数学期望;(2)以频率估计概率,假设该大型校外培训机构2020年所有学员的消费可视为服从正态分布,分别为报名前200名学员消费的平均数以及方差(同一区间的花费用区间的中点值替代)()试估计该机构学员2020年消费金额为的概率(保留一位小数);()若从该机构2020年所有学员中随机抽取4人,记消费金额为的人数为,求的分布列及方差参考数据:;
11、若随机变量服从正态分布,则,【答案】(1)分布列见解析,(2)();()分布列见解析,【解析】【分析】(1)根据分层抽样分别求出消费金额为和抽取的人数,求出随机变量的可能取值,分别求出相应概率,进而求得分布列和数学期望;(2)()求出,的值,结合正态分布求出概率;()由()求出二项分布的分布列及方差.(1)解:由题意得,抽中的5人中消费金额为的人数为,消费金额为的人数为,设消费金额为的人数为,则,所以,的分布列为123则;(2)解:()由题意得,所以,所以;()由题意及()得,所以,的分布列为01234规律方法解题时,应当注意零件尺寸应落在3,3之内,否则可以认为该批产品不合格判断的根据是小概
12、率事件在一次试验中几乎是不可能发生的,而一旦发生了,就可以认为这批产品不合格例11(2022全国模拟预测)自年秋季学期开始中小学全面落实“双减”工作,为使广大教育工作者充分认识“双减”工作的重大意义,某地区教育行政部门举办了一次线上答卷活动,从中抽取了名教育工作者的答卷,得分情况统计如下(满分:分)名教育工作者答卷得分频数分布表分组频数合计(1)若这名教育工作者答卷得分服从正态分布(其中用样本数据的均值表示,用样本数据的方差表示),求;(2)若以这名教育工作者答卷得分估计全区教育工作者的答卷得分,则从全区所有教育工作者中任意选取人的答卷得分,记为这人的答卷得分不低于分且低于分的人数,试求的分布
13、列和数学期望和方差参考数据:,【答案】(1)(2)分布列见解析,【解析】【分析】(1)首先根据频数分布表求样本数据的平均数和方差,然后利用正态分布的对称性和原则求得概率;(2)先求出在一次试验中事件发生的概率,确定的所有可能取值,利用独立重复试验的概率公式分别求出每个取值的概率,从而得到分布列,最后利用二项分布的数学期望和方差公式求解(1)解:由频数分布表可知,所以,所以因为,则,所以,.(2)解:从这名教育工作者中任意选取一名,其答卷得分不低于分且低于分的概率为由题意知,则,所以的分布列为YP所以,.例12(2022全国高三专题练习)年五一节期间,我国高速公路继续执行“节假日高速公路免费政策
14、”.某路桥公司为掌握五一节期间车辆出行的高峰情况,在某高速公路收费站点记录了日上午这一时间段内通过的车辆数,统计发现这一时间段内共有辆车通过该收费站点,它们通过该收费站点的时刻的频率分布直方图如下图所示,其中时间段记作,记作,记作,记作,例如:,记作时刻.(1)估计这辆车在时间内通过该收费站点的时刻的平均值(同一组中的数据用该组区间的中点值代替)(2)为了对数据进行分析,现采用分层抽样的方法从这辆车中抽取辆,再从这辆车中随机抽取辆,设抽到的辆车中,在之间通过的车辆数为,求的分布列;(3)根据大数据分析,车辆在每天通过该收费站点的时刻服从正态分布,其中可用日数据中的辆车在之间通过该收费站点的时刻
15、的平均值近似代替,用样本的方差近似代替(经计算样本方差为).假如日上午这一时间段内共有辆车通过该收费站点,估计在之间通过的车辆数(结果保留到整数)附:;若随机变量服从正态分布,则,.【答案】(1)64(2)答案见解析(3)819【解析】【分析】(1)由频率分布直方图即能求出这600辆车在时间段内通过该收费点的时刻的平均值(2)由频率分布直方图和分层抽样的方法可知,抽取的10辆车中,在前通过的车辆数就是位于时间分组,这一区间内的车辆数,求出其结果为4,从而的可能的取值为0,1,2,3,4,分别求出相应的概率,由此能求出的分布列(3)求出,估计在之间通过的车辆数也就是在,通过的车辆数,由,即能估计
16、在之间通过的车辆数(1)这600辆车在时间段内通过该收费点的时刻的平均值为:(2)由频率分布直方图和分层抽样的方法可知,抽取的10辆车中,在前通过的车辆数就是位于时间分组,这一区间内的车辆数,即,所以的可能的取值为0,1,2,3,4所以,所以的分布列为:01234(3)由(1)得,由已知,所以,估计在之间通过的车辆数也就是在,通过的车辆数,由,得:,所以估计在在之间通过的车辆数为【同步练习】一、单选题1(2022全国高二专题练习)某物理量的测量结果服从正态分布,下列结论中不正确的是()A越小,该物理量在一次测量中在的概率越大B该物理量在一次测量中大于10的概率为0.5C该物理量在一次测量中小于
17、9.99与大于10.01的概率相等D该物理量在一次测量中落在与落在的概率相等【答案】D【解析】【分析】利用正态分布曲线的特点以及曲线所表示的意义对四个选项逐一分析判断即可A:越小,概率越集中在对称轴左右;根据对称性即可判断BCD.【详解】因为某物理量的测量结果服从正态分布,所以测量的结果的概率分布关于10对称,且方差越小,则分布越集中,对于A,越小,概率越集中在10左右,则该物理量一次测量结果落在内的概率越大,故选项A正确;对于B,不管取何值,测量结果大于10的概率均为0.5,故选项B正确;对于C,由于概率分布关于10对称,所以测量结果大于10.01的概率等于小于9.99的概率,故选项C正确;
18、对于D,由于概率分布是集中在10附近的,分布在10附近的区域大于分布在10附近的区域,故测量结果落在内的概率大于落在内的概率,故选项D错误故选:D2(2022黑龙江实验中学模拟预测(理)为了监控某种零件的一条生产线的生产过程,检验员每天从该生产线上随机抽取,并测零件的直径尺寸,根据长期生产经验,可以认为这条生产线正常状态下生产的零件直径尺寸服从正态分布,若落在内的零件个数为,则可估计所抽取的这批零件中直径高于的个数大约为()(附:若随机变量服从正态分布,则,).ABCD【答案】D【解析】【分析】根据原则可求得,根据概率计算可得结果.【详解】由正态分布可知:,直径高于的个数大约为.故选:D.3(
19、2022辽宁瓦房店市高级中学高二期末)己知随机变量服从正态分布,且,则()A0.6B0.4C0.3D0.2【答案】A【解析】【分析】根据正态曲线的对称性即可求得答案.【详解】由题意,正态曲线的对称轴为,则与关于对称轴对称,于是.故选:A.4(2022安徽省亳州市第一中学高二开学考试)已知随机变量,则的值为()A0.24B0.26C0.68D0.76【答案】A【解析】【分析】根据给定条件利用正态分布的对称性计算作答.【详解】因随机变,有P(4)=P(4)=0.76,由正态分布的对称性得:,所以的值为0.24.故选:A5(2022安徽省亳州市第一中学高二期末)已知随机变量服从正态分布,且,则()A
20、0.1B0.2C0.3D0.4【答案】A【解析】【分析】利用正态分布的对称性和概率的性质即可【详解】由,且则有:根据正态分布的对称性可知:故选:A6(2022黑龙江铁力市第一中学校高三开学考试(理)2021年元旦期间,某高速公路收费站的四个高速收费口每天通过的小汽车数(单位:辆)均服从正态分布,若,假设四个收费口均能正常工作,则这四个收费口每天至少有一个不低于700辆小汽车通过的概率为()ABCD【答案】D【解析】【分析】根据正态曲线的对称性结合题意求出每个收费口有不低于700辆小汽车通过的概率,再利用对立事件的概率公式可求得答案【详解】根据正态曲线的对称性,每个收费口有不低于700辆小汽车通
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