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考情分析
随机变量在概率统计研究中起到了极其重要的作用,它通过实数空间来刻画随机现象,是连接随机现象和实数空间的一座桥梁,它使得我们可以在实数空间上研究随机现象,其中二项分布更是与实际生活息息相关,因此在高中数学中是重要的一块内容,是高考必考内容.统计表明,各地高考试题都有一道随机变量的大题(12分),湖北省的试题通常设置在18题左右.从考查内容上看,随机变量试题常以考查分布列及其期望、方差为主,以二项分布为多,有时也会考查到条件概率.相互独立事件、n次独立重复试验的概率求法是每年高考的热点,特别是相互独立事件、n次独立重复试验及二项分布的综合更是高考命题的重中之重,以此为载体考查考生对概念的深层次理解.各地文、理科试卷在此部分差别较大,理科会更多地考到期望和方差,往往以姊妹题的方式呈现.
命题特点
以实际应用问题为载体,以排列组合和概率统计等知识为工具,以考查对概率事件的判识别及其概率的计算和随机变量,概率分布列性质及其应用为目标的中档题,概率应用题侧重于分布列与期望,应用题近几年的高考有以概率应用题替代传统应用题的趋势.选填中有时也出现条件概率题型,这类题具有“稳”的特点,读懂题意是关键.概率与统计试题是高考的必考内容.
众观近两年高考试卷中的随机变量及其分布列试题,具有较高的信度和效度,难度中偏易,是必须得分的试题,学习本部分要重视理解,把握数学的本质.其特点是重基础,重理解.
1. 离散型随机变量分布列的性质
例1 设离散型随机变量X的分布列为
[[X]\&0\&1\&2\&3\&4\&[P]\&0.2\&0.1\&0.1\&0.3\&[m]\&]
求:(1)[2X+1]的分布列;(2)[|X-1|]的分布列.
解析 由分布列的性质知:[0.2+0.1+0.1+0.3+m=1],
∴[m=0.3].
列表:
[[X]\&0\&1\&2\&3\&4\&[2X+1]\&1\&3\&5\&7\&9\&[|X-1|]\&1\&0\&1\&2\&3\&]
(1)[2X+1]的分布列:
[[2X+1]\&1\&3\&5\&7\&9\&[P]\&0.2\&0.1\&0.1\&0.3\&0.3\&]
(2)[|X-1|]的分布列:
[[|X-1|]\&0\&1\&2\&3\&[P]\&0.1\&0.3\&0.3\&0.3\&]
2. 离散型随机变量的分布列
例2 一袋中装有5只球,编号为1,2,3,4,5,在袋中同时取3只,以ξ表示取出的三只球中的最小号码,写出随机变量ξ的分布列.
解析 随机变量ξ的可能取值为1,2,3.
当ξ=1时,即取出的三只球中最小号码为1,则其它两只球只能在编号为2,3,4,5的四只球中任取两只,故有[P(ξ=1)=C24C35=610=35].
当ξ=2时,即取出的三只球中最小号码为2,则其它两只球只能在编号为3,4,5的三只球中任取两只,故有[P(ξ=2)=C23C35=310].
当ξ=3时,即取出的三只球中最小号码为3,则其它两只球只能在编号为4,5的两只球中任取两只,故有[P(ξ=3)=C22C35=110].
因此,[ξ]的分布列如下表所示:
[[ξ]\&1\&2\&3\&[P]\&[35]\&[310]\&[110]\&]
点拨 求随机变量的分布列,重要的基础是概率的计算,如古典概率、互斥事件的概率、相互独立事件同时发生的概率、[n]次独立重复试验有[k]次发生的概率等本题中基本事件总数,即[n=C35],取每一个球的概率都属古典概率(等可能性事件的概率).
3. 超几何分布
例3 一袋中装有10个大小相同的黑球和白球.已知从袋中任意摸出2个球,至少得到1个白球的概率是[79].
(1)求白球的个数;
(2)从袋中任意摸出3个球,记得到白球的个数为[X],求随机变量[X]的数学期望[E(X)].
解析 (1)记“从袋中任意摸出2个球,至少得到1个白球”为事件A,
设袋中白球的个数为[x],则[P(A)=1-C210-xC210=][79],得到[x=5].
(2)[X]服从超几何分布,其中[N=10,M=5,n=3],其中[P(X=k)=Ck5C3-k5C310],[k=0,1,2,3].
于是可得其分布列为
[[X]\&0\&1\&2\&3\&[P]\&[112]\&[512]\&[512]\&[112]\&]
[X]的数学期望[E(X)=112]×0+[512]×1+[512]×2+[112]×3=[32].
4. 条件概率
例4 抛掷红、蓝两颗骰子,设事件A为“蓝色骰子的点数为3或6”,事件[B]为“两颗骰子的点数之和大于8”.
(1)求[P(A),P(B),P(AB)];
(2)当已知蓝色骰子的点数为3或6时,求两颗骰子的点数之和大于8的概率.
解析 (1)①[P(A)=26=13.]
②∵两个骰子的点数共有36个等可能的结果,点数之和大于8的结果共10个,
∴[P(B)=1036=518.]
③当蓝色骰子的点数为3或6时,两颗骰子的点数之和大于8的结果有5个,
故[P(AB)=536].
(2)由(1)知[P(B|A)=P(AB)P(A)=512.] 5. 相互独立事件的概率
例5 某项选拔共有四轮考核,每轮设有一个问题,能正确回答问题者进入下一轮考核,否则即被淘汰.已知某选手能正确回答第一、二、三、四轮的问题的概率分别为[45,35,25,15,]且各轮问题能否正确回答互不影响.
(1)求该选手进入第四轮才被淘汰的概率;
(2)求该选手至多进入第三轮考核的概率.
解析 (1)记“该选手能正确回答第[i]轮的问题”的事件为[Ai(i=1,2,3,4)],
则[P(A1)=45],[P(A2)=35],[P(A3)=25],[P(A4)=15].
∴该选手进入第四轮才被淘汰的概率[P4=P(A1A2A3][A4)]=[P(A1)P(A2)P(A3)P(A4)]=[45]×[35]×[25]×[45]=[96625].
(2)该选手至多进入第三轮考核的概率
[P3][=P(A1+A1A2+A1A2A3)]
=[P(A1)+P(A1)P(A2)+P(A1)P(A2)P(A3)]
=[15]+[45]×[25]+[45]×[35]×[35]=[101125].
6. 独立重复试验与二项分布
例6 为拉动经济增长,某市决定新建一批重点工程,分别为基础设施工程、民生工程和产业建设工程三类.这三类工程所含项目的个数分别占总数的[12,13,16],现在3名工人独立地从中任选一个项目参与建设.
(1)求他们选择的项目所属类别互不相同的概率;
(2)记[ξ]为3人中选择的项目属于基础设施工程或产业建设工程的人数,求ξ的分布列.
解析 记第[i]名工人选择的项目属于基础设施工程、民生工程和产业建设工程分别为事件[Ai,Bi,Ci,i=1],2,3.由题意知[A1,A2,A3]相互独立,[B1,B2,B3]相互独立,[C1],[C2,C3]相互独立,[Ai,Bj,Ck(i,j,k=1,2,3)]且[i,j,k]互不相同)相互独立,且[P(Ai)=12],[P(Bj)=13],[P(Ck)=16].
(1)他们选择的项目所属类别互不相同的概率
[P=3!][P(A1B2C3)=6P(A1)P(B2)P(C3)=6×12×13×16=][16.]
(2)记第[i]名工人选择的项目属于基础设施工程或产业建设工程分别为事件[Di,i=1,2,3].
由已知得,[D1,D2,D3]相互独立,且[P(Di)=P(Ai∪Ci)][=P][(Ai)+P(Ci)=12]+[16]=[23],
所以[ξ~B(3,23)],即[P(ξ=k)=Ck323k133-k,k=1,2,3.]
故ξ的分布列是
[[ξ]\&0\&1\&2\&3\&[P]\&[127]\&[29]\&[49]\&[827]\&]
备考指南
(1)要把握基础知识, 在复习时,理解取有限个值的离散型随机变量及其分布列的概念,了解分布列对于刻画随机现象的重要性.
(2)重点理解超几何分布及其导出过程,并能进行简单的应用.
限时训练
1. 10件产品中有3件次品,从中任取2件,可作为随机变量的是 ( )
A.取到产品的件数 B.取到正品的概率
C.取到次品的件数 D.取到次品的概率
2. 从标有1~10的10支竹签中任取2支,设所得2支竹签上的数字之和为[X],那么随机变量X可能取得的值有 ( )
A.17个 B.18个
C.19个 D.20个
3. 某项试验的成功率是失败率的2倍,用随机变量ξ描述1次试验的成功次数,则[P(ξ=1)]等于 ( )
A.0 B. [12] C. [13] D. [23]
4. 若[P(ξ≤x2)=1-β],[P(ξ≥x1)=1-α],其中[x1 A.(1-α)(1-β) B.1-(α+β)
C.1-α(1-β) D.1-β(1-α)
5.在15个村庄中有7个村庄交通不方便,现从中任意选10个村庄,用X表示这10个村庄中交通不方便的村庄数,下列概率等于[C47C68C1015]的是 ( )
A.P(X=2) B.P(X≤2)
C.P(X=4) D.P(X≤4)
6.随机变量X的概率分布列规律为[P(X=n)=][an(n+1)(n=1,2,3,4)],其中a是常数,则[P(12 A. [23] B. [34] C. [45] D. [56]
7. 已知随机变量[ξ]的分布列为[P(ξ=k)=12k],[k=1,2,]…,则[P(2<ξ≤4)]等于 ( )
A. [316] B. [14] C. [116] D.[15]
8. 袋中有大小相同的5个球,分别标有1,2,3,4,5五个号码,现在在有放回抽取的条件下依次取出两个球,设两个球号码之和为随机变量ξ,则ξ所有可能取值的个数是 ( )
A. 5 B.9 C.10 D.25
9. 一袋中有5个白球,3个红球,现从袋中往外取球,每次任取一个记下颜色后放回,直到红球出现10次时停止,设停止时共取了ξ次球,则[P(ξ=12)]等于 ( )
A. [C1012(38)10(58)2] B. [C911(38)9(58)238] C. [C911(58)9(38)2] D. [C911(38)9(58)2]
10.如图,用[K,A1,A2]三类不同的元件连接成一个系统,当[K]正常工作且[A1,A2]至少有一个正常工作时,系统正常工作,已知[K,A1,A2]正常工作的概率依次为0.9,0.8,0.8,则系统正常工作的概率为 ( )
A.0.960 B.0.864
C.0.720 D.0.576
11.随机变量X的分布列如下:
[[X]\&-1\&0\&1\&[P]\&[a]\&[b]\&[c]\&]
其中[a,b,c]成等差数列,则P(|X|=1)=________.
12.由于电脑故障,使得随机变量X的分布列中部分数据丢失(以“x,y”代替),其表如下:
[[X]\&1\&2\&3\&4\&5\&6\&[P]\&0.20\&0.10\&[0.x5]\&0.10\&[0.1y]\&0.20\&]
则丢失的两个数据依次为________.
13.如图所示,[A,B]两点5条连线并联,它们在单位时间内能通过的最大信息量依次为2,3,4,3,2.现记从中任取三条线且在单位时间内都通过的最大信息总量为[ξ],则[P(ξ≥8)]=________.
14. 现有一大批种子,其中优质良种占30%,从中任取5粒,记[ξ]为5粒中的优质良种粒数,则[ξ]的分布列是________.
15. 一袋中装有6个同样大小的黑球,编号为1,2,3,4,5,6,现从中随机取出3个球,以[ξ]表示取出球的最大号码,求[ξ]的分布列.
16.口袋中有[n(n∈N*)]个白球,3个红球,依次从口袋中任取一球,如果取到红球,那么继续取球,且取出的红球不放回;如果取到白球,就停止取球.记取球的次数为X.若[P(X=2)=730],求:
(1)[n]的值;
(2)[X]的分布列.
17.从集合{1,2,3,4,5}的所有非空子集中,等可能地取出一个.
(1)记性质[r]:集合中的所有元素之和为10,求所取出的非空子集满足性质[r]的概率;
(2)记所取出的非空子集的元素个数为X,求X的分布列.
18. 袋中有4个黑球,3个白球,2个红球,从中任取2个球,每取到一个黑球得0分,每取到一个白球得1分,每取到一个红球得2分,用[ξ]表示分数,求[ξ]的概率分布.
随机变量在概率统计研究中起到了极其重要的作用,它通过实数空间来刻画随机现象,是连接随机现象和实数空间的一座桥梁,它使得我们可以在实数空间上研究随机现象,其中二项分布更是与实际生活息息相关,因此在高中数学中是重要的一块内容,是高考必考内容.统计表明,各地高考试题都有一道随机变量的大题(12分),湖北省的试题通常设置在18题左右.从考查内容上看,随机变量试题常以考查分布列及其期望、方差为主,以二项分布为多,有时也会考查到条件概率.相互独立事件、n次独立重复试验的概率求法是每年高考的热点,特别是相互独立事件、n次独立重复试验及二项分布的综合更是高考命题的重中之重,以此为载体考查考生对概念的深层次理解.各地文、理科试卷在此部分差别较大,理科会更多地考到期望和方差,往往以姊妹题的方式呈现.
命题特点
以实际应用问题为载体,以排列组合和概率统计等知识为工具,以考查对概率事件的判识别及其概率的计算和随机变量,概率分布列性质及其应用为目标的中档题,概率应用题侧重于分布列与期望,应用题近几年的高考有以概率应用题替代传统应用题的趋势.选填中有时也出现条件概率题型,这类题具有“稳”的特点,读懂题意是关键.概率与统计试题是高考的必考内容.
众观近两年高考试卷中的随机变量及其分布列试题,具有较高的信度和效度,难度中偏易,是必须得分的试题,学习本部分要重视理解,把握数学的本质.其特点是重基础,重理解.
1. 离散型随机变量分布列的性质
例1 设离散型随机变量X的分布列为
[[X]\&0\&1\&2\&3\&4\&[P]\&0.2\&0.1\&0.1\&0.3\&[m]\&]
求:(1)[2X+1]的分布列;(2)[|X-1|]的分布列.
解析 由分布列的性质知:[0.2+0.1+0.1+0.3+m=1],
∴[m=0.3].
列表:
[[X]\&0\&1\&2\&3\&4\&[2X+1]\&1\&3\&5\&7\&9\&[|X-1|]\&1\&0\&1\&2\&3\&]
(1)[2X+1]的分布列:
[[2X+1]\&1\&3\&5\&7\&9\&[P]\&0.2\&0.1\&0.1\&0.3\&0.3\&]
(2)[|X-1|]的分布列:
[[|X-1|]\&0\&1\&2\&3\&[P]\&0.1\&0.3\&0.3\&0.3\&]
2. 离散型随机变量的分布列
例2 一袋中装有5只球,编号为1,2,3,4,5,在袋中同时取3只,以ξ表示取出的三只球中的最小号码,写出随机变量ξ的分布列.
解析 随机变量ξ的可能取值为1,2,3.
当ξ=1时,即取出的三只球中最小号码为1,则其它两只球只能在编号为2,3,4,5的四只球中任取两只,故有[P(ξ=1)=C24C35=610=35].
当ξ=2时,即取出的三只球中最小号码为2,则其它两只球只能在编号为3,4,5的三只球中任取两只,故有[P(ξ=2)=C23C35=310].
当ξ=3时,即取出的三只球中最小号码为3,则其它两只球只能在编号为4,5的两只球中任取两只,故有[P(ξ=3)=C22C35=110].
因此,[ξ]的分布列如下表所示:
[[ξ]\&1\&2\&3\&[P]\&[35]\&[310]\&[110]\&]
点拨 求随机变量的分布列,重要的基础是概率的计算,如古典概率、互斥事件的概率、相互独立事件同时发生的概率、[n]次独立重复试验有[k]次发生的概率等本题中基本事件总数,即[n=C35],取每一个球的概率都属古典概率(等可能性事件的概率).
3. 超几何分布
例3 一袋中装有10个大小相同的黑球和白球.已知从袋中任意摸出2个球,至少得到1个白球的概率是[79].
(1)求白球的个数;
(2)从袋中任意摸出3个球,记得到白球的个数为[X],求随机变量[X]的数学期望[E(X)].
解析 (1)记“从袋中任意摸出2个球,至少得到1个白球”为事件A,
设袋中白球的个数为[x],则[P(A)=1-C210-xC210=][79],得到[x=5].
(2)[X]服从超几何分布,其中[N=10,M=5,n=3],其中[P(X=k)=Ck5C3-k5C310],[k=0,1,2,3].
于是可得其分布列为
[[X]\&0\&1\&2\&3\&[P]\&[112]\&[512]\&[512]\&[112]\&]
[X]的数学期望[E(X)=112]×0+[512]×1+[512]×2+[112]×3=[32].
4. 条件概率
例4 抛掷红、蓝两颗骰子,设事件A为“蓝色骰子的点数为3或6”,事件[B]为“两颗骰子的点数之和大于8”.
(1)求[P(A),P(B),P(AB)];
(2)当已知蓝色骰子的点数为3或6时,求两颗骰子的点数之和大于8的概率.
解析 (1)①[P(A)=26=13.]
②∵两个骰子的点数共有36个等可能的结果,点数之和大于8的结果共10个,
∴[P(B)=1036=518.]
③当蓝色骰子的点数为3或6时,两颗骰子的点数之和大于8的结果有5个,
故[P(AB)=536].
(2)由(1)知[P(B|A)=P(AB)P(A)=512.] 5. 相互独立事件的概率
例5 某项选拔共有四轮考核,每轮设有一个问题,能正确回答问题者进入下一轮考核,否则即被淘汰.已知某选手能正确回答第一、二、三、四轮的问题的概率分别为[45,35,25,15,]且各轮问题能否正确回答互不影响.
(1)求该选手进入第四轮才被淘汰的概率;
(2)求该选手至多进入第三轮考核的概率.
解析 (1)记“该选手能正确回答第[i]轮的问题”的事件为[Ai(i=1,2,3,4)],
则[P(A1)=45],[P(A2)=35],[P(A3)=25],[P(A4)=15].
∴该选手进入第四轮才被淘汰的概率[P4=P(A1A2A3][A4)]=[P(A1)P(A2)P(A3)P(A4)]=[45]×[35]×[25]×[45]=[96625].
(2)该选手至多进入第三轮考核的概率
[P3][=P(A1+A1A2+A1A2A3)]
=[P(A1)+P(A1)P(A2)+P(A1)P(A2)P(A3)]
=[15]+[45]×[25]+[45]×[35]×[35]=[101125].
6. 独立重复试验与二项分布
例6 为拉动经济增长,某市决定新建一批重点工程,分别为基础设施工程、民生工程和产业建设工程三类.这三类工程所含项目的个数分别占总数的[12,13,16],现在3名工人独立地从中任选一个项目参与建设.
(1)求他们选择的项目所属类别互不相同的概率;
(2)记[ξ]为3人中选择的项目属于基础设施工程或产业建设工程的人数,求ξ的分布列.
解析 记第[i]名工人选择的项目属于基础设施工程、民生工程和产业建设工程分别为事件[Ai,Bi,Ci,i=1],2,3.由题意知[A1,A2,A3]相互独立,[B1,B2,B3]相互独立,[C1],[C2,C3]相互独立,[Ai,Bj,Ck(i,j,k=1,2,3)]且[i,j,k]互不相同)相互独立,且[P(Ai)=12],[P(Bj)=13],[P(Ck)=16].
(1)他们选择的项目所属类别互不相同的概率
[P=3!][P(A1B2C3)=6P(A1)P(B2)P(C3)=6×12×13×16=][16.]
(2)记第[i]名工人选择的项目属于基础设施工程或产业建设工程分别为事件[Di,i=1,2,3].
由已知得,[D1,D2,D3]相互独立,且[P(Di)=P(Ai∪Ci)][=P][(Ai)+P(Ci)=12]+[16]=[23],
所以[ξ~B(3,23)],即[P(ξ=k)=Ck323k133-k,k=1,2,3.]
故ξ的分布列是
[[ξ]\&0\&1\&2\&3\&[P]\&[127]\&[29]\&[49]\&[827]\&]
备考指南
(1)要把握基础知识, 在复习时,理解取有限个值的离散型随机变量及其分布列的概念,了解分布列对于刻画随机现象的重要性.
(2)重点理解超几何分布及其导出过程,并能进行简单的应用.
限时训练
1. 10件产品中有3件次品,从中任取2件,可作为随机变量的是 ( )
A.取到产品的件数 B.取到正品的概率
C.取到次品的件数 D.取到次品的概率
2. 从标有1~10的10支竹签中任取2支,设所得2支竹签上的数字之和为[X],那么随机变量X可能取得的值有 ( )
A.17个 B.18个
C.19个 D.20个
3. 某项试验的成功率是失败率的2倍,用随机变量ξ描述1次试验的成功次数,则[P(ξ=1)]等于 ( )
A.0 B. [12] C. [13] D. [23]
4. 若[P(ξ≤x2)=1-β],[P(ξ≥x1)=1-α],其中[x1
C.1-α(1-β) D.1-β(1-α)
5.在15个村庄中有7个村庄交通不方便,现从中任意选10个村庄,用X表示这10个村庄中交通不方便的村庄数,下列概率等于[C47C68C1015]的是 ( )
A.P(X=2) B.P(X≤2)
C.P(X=4) D.P(X≤4)
6.随机变量X的概率分布列规律为[P(X=n)=][an(n+1)(n=1,2,3,4)],其中a是常数,则[P(12
7. 已知随机变量[ξ]的分布列为[P(ξ=k)=12k],[k=1,2,]…,则[P(2<ξ≤4)]等于 ( )
A. [316] B. [14] C. [116] D.[15]
8. 袋中有大小相同的5个球,分别标有1,2,3,4,5五个号码,现在在有放回抽取的条件下依次取出两个球,设两个球号码之和为随机变量ξ,则ξ所有可能取值的个数是 ( )
A. 5 B.9 C.10 D.25
9. 一袋中有5个白球,3个红球,现从袋中往外取球,每次任取一个记下颜色后放回,直到红球出现10次时停止,设停止时共取了ξ次球,则[P(ξ=12)]等于 ( )
A. [C1012(38)10(58)2] B. [C911(38)9(58)238] C. [C911(58)9(38)2] D. [C911(38)9(58)2]
10.如图,用[K,A1,A2]三类不同的元件连接成一个系统,当[K]正常工作且[A1,A2]至少有一个正常工作时,系统正常工作,已知[K,A1,A2]正常工作的概率依次为0.9,0.8,0.8,则系统正常工作的概率为 ( )
A.0.960 B.0.864
C.0.720 D.0.576
11.随机变量X的分布列如下:
[[X]\&-1\&0\&1\&[P]\&[a]\&[b]\&[c]\&]
其中[a,b,c]成等差数列,则P(|X|=1)=________.
12.由于电脑故障,使得随机变量X的分布列中部分数据丢失(以“x,y”代替),其表如下:
[[X]\&1\&2\&3\&4\&5\&6\&[P]\&0.20\&0.10\&[0.x5]\&0.10\&[0.1y]\&0.20\&]
则丢失的两个数据依次为________.
13.如图所示,[A,B]两点5条连线并联,它们在单位时间内能通过的最大信息量依次为2,3,4,3,2.现记从中任取三条线且在单位时间内都通过的最大信息总量为[ξ],则[P(ξ≥8)]=________.
14. 现有一大批种子,其中优质良种占30%,从中任取5粒,记[ξ]为5粒中的优质良种粒数,则[ξ]的分布列是________.
15. 一袋中装有6个同样大小的黑球,编号为1,2,3,4,5,6,现从中随机取出3个球,以[ξ]表示取出球的最大号码,求[ξ]的分布列.
16.口袋中有[n(n∈N*)]个白球,3个红球,依次从口袋中任取一球,如果取到红球,那么继续取球,且取出的红球不放回;如果取到白球,就停止取球.记取球的次数为X.若[P(X=2)=730],求:
(1)[n]的值;
(2)[X]的分布列.
17.从集合{1,2,3,4,5}的所有非空子集中,等可能地取出一个.
(1)记性质[r]:集合中的所有元素之和为10,求所取出的非空子集满足性质[r]的概率;
(2)记所取出的非空子集的元素个数为X,求X的分布列.
18. 袋中有4个黑球,3个白球,2个红球,从中任取2个球,每取到一个黑球得0分,每取到一个白球得1分,每取到一个红球得2分,用[ξ]表示分数,求[ξ]的概率分布.