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几何概型的概率公式中的“测度”只与大小有关,而与形状和位置无关. 在解题时,要掌握“测度”为长度、面积、体积、角度等常见的几何概型的求解方法.
考点1 与长度有关的几何概型
例1 在半径为1的圆内一条直径上任取一点,过这个点作垂直于直径的弦,则弦长超过圆内接的等边三角形边长的概率是 .
解析 记事件[A]为“弦长超过圆内接等边三角形的边长”, 如图.
不妨在过等边三角形BCD的顶点B的直径BE上任取一点F作垂直于直径的弦. 当弦为CD时,就是等边三角形的边长.
弦长大于CD的充要条件是圆心O到弦的距离小于OF,
而OF=OC·sin30°=[12],
由几何概型公式得,[P(A)=12×22=12].
答案 [12]
点拨 (1)与线段长度有关的几何概型:利用几何概型公式求解,直接利用两线段的长度之比即可.(2)与曲线长度有关的几何概型:利用几何概型公式,求曲线的长度之比即可.(3)与时间有关的几何概型:利用几何概型公式,求时间段之比即可.(4)与不等式有关的几何概型:利用几何概型公式,求两实数间的距离之比即可.
考点2 与角度有关的几何概型
例2 如图所示,在△ABC中,∠B=60°,∠C=45°,高[AD=3],在∠BAC内作射线AM交BC于点M,求BM<1的概率.
解析 因为∠B=60°,∠C=45°,所以∠BAC=75°.
在Rt△ABD中,[AD=3],∠B=60°,
所以[BD=ABtan60°=1],∠BAD=30°.
记事件N为“在∠BAC内作射线AM交BC于点M,使BM<1”,
则可得∠BAM<∠BAD时事件N发生.
由几何概型的概率公式,得[P(N)=30°75°=25].
点拨 当涉及射线的转动,扇形中有关落点区域问题时,应以角的大小作为区域度量来计算概率,切不可用线段的长度代替,这是两种不同的度量手段.
考点3 与面积有关的几何概型
例3 已知不等式组[x-y≥0,x+y≥0,x≤a(a>0)]表示平面区域[M],若点[P(x,y)]在所给的平面区域[M]内,则点[P]落在[M]的内切圆内的概率为( )
A. [2-14π] B.[(3-22)π]
C.[(22-2)π] D. [2-12π]
解析 由题意知,平面区域[M]为一个三角形,且其面积为[S=a2].
设[M]的内切圆的半径为[r],则[12(2a+2a)r=a2],
解得[r=(2-1)a].
所以内切圆的面积S内切圆=πr2=π[([2]-1)·a]2=(3-2)πa2.
故所求概率[P=S内切圆S=(3-22)π.]
答案 B
点拨 求解与面积有关的几何概型时,关键是弄清该事件对应的面积. 必要时可根据题意构造两个变量,把变量看成点的坐标,找到试验全部结果构成的平面图形,以便求解.
考点4 与体积有关的几何概型
例4 在体积为V的三棱锥S-ABC的棱AB上任取一点P,则三棱锥S-APC的体积大于[V3]的概率是 .
解析 如图,三棱锥S-ABC的高与三棱锥S-APC的高相同.
作PM⊥AC于M,BN⊥AC于N,
则PM,BN分别为△APC与△ABC的高.
所以[VS-APCVS-ABC=S△APCS△ABC=PMBN].
又[PMBN=APAB],所以[APAB>13]时,满足条件.
设[ADAB=13],则P在BD上,所求的概率[P=BDBA=23].
答案 [23]
点拨 与体积有关的几何概型是与面积有关的几何概型类似的,只是将题中的几何概型转化为立体模式. 因此,我们可以总结如下:一个具体问题能否应用几何概型概率公式,关键在于能否将问题几何化;也可根据实际问题的具体情况,选取合适的参数,建立适当的坐标系. 在此基础上,将试验的每一个结果一一对应于该坐标系中的一个点,使得全体结果构成一个可度量的区域.
考点5 生活中的几何概型问题
例5 (1)假设车站每隔10分钟发一班车,若某乘客随机到达车站,则其等车时间不超过3分钟的概率为 .
(2)甲、乙两船驶向一个不能同时停泊两艘船的码头,它們在一昼夜内到达该码头的时刻是等可能的.如果甲船停泊时间为1h,乙船停泊时间为2h,求它们中的任意一艘都不需要等待码头空出的概率.
解析 (1)要使得等车的时间不超过3分钟,即到达的时刻应该是图中[A]包含的时间点.
[3分钟][10分钟]
故所求概率[P=A的长度S的长度=310=0.3.]
(2)设甲、乙两艘船到达码头的时刻分别为x与y,A为“两船都不需要等待码头空出”,
则[0≤x≤24], [0≤y≤24].
要满足[A],则[y-x≥1]或[x-y≥2].
[∴A={(x,y)|y-x≥1]或[x-y≥2],[y∈[0,24]}].
[A]为图中阴影部分,全部结果构成集合Ω为边长是24的正方形及其内部.
所求概率为[P(A)=A的面积Ω的面积]
[=(24-1)2×12+(24-2)2×12242=506.5576≈0.88.]
点拨 生活中的几何概型度量区域的构造方法:
(1)审题:通过阅读题目,提炼相关信息.
(2)建模:利用相关信息的特征,建立概率模型.
(3)解模:求解建立的数学模型.
(4)结论:将解出的数学模型的解转化为题目要求的结论.
考点1 与长度有关的几何概型
例1 在半径为1的圆内一条直径上任取一点,过这个点作垂直于直径的弦,则弦长超过圆内接的等边三角形边长的概率是 .
解析 记事件[A]为“弦长超过圆内接等边三角形的边长”, 如图.
不妨在过等边三角形BCD的顶点B的直径BE上任取一点F作垂直于直径的弦. 当弦为CD时,就是等边三角形的边长.
弦长大于CD的充要条件是圆心O到弦的距离小于OF,
而OF=OC·sin30°=[12],
由几何概型公式得,[P(A)=12×22=12].
答案 [12]
点拨 (1)与线段长度有关的几何概型:利用几何概型公式求解,直接利用两线段的长度之比即可.(2)与曲线长度有关的几何概型:利用几何概型公式,求曲线的长度之比即可.(3)与时间有关的几何概型:利用几何概型公式,求时间段之比即可.(4)与不等式有关的几何概型:利用几何概型公式,求两实数间的距离之比即可.
考点2 与角度有关的几何概型
例2 如图所示,在△ABC中,∠B=60°,∠C=45°,高[AD=3],在∠BAC内作射线AM交BC于点M,求BM<1的概率.
解析 因为∠B=60°,∠C=45°,所以∠BAC=75°.
在Rt△ABD中,[AD=3],∠B=60°,
所以[BD=ABtan60°=1],∠BAD=30°.
记事件N为“在∠BAC内作射线AM交BC于点M,使BM<1”,
则可得∠BAM<∠BAD时事件N发生.
由几何概型的概率公式,得[P(N)=30°75°=25].
点拨 当涉及射线的转动,扇形中有关落点区域问题时,应以角的大小作为区域度量来计算概率,切不可用线段的长度代替,这是两种不同的度量手段.
考点3 与面积有关的几何概型
例3 已知不等式组[x-y≥0,x+y≥0,x≤a(a>0)]表示平面区域[M],若点[P(x,y)]在所给的平面区域[M]内,则点[P]落在[M]的内切圆内的概率为( )
A. [2-14π] B.[(3-22)π]
C.[(22-2)π] D. [2-12π]
解析 由题意知,平面区域[M]为一个三角形,且其面积为[S=a2].
设[M]的内切圆的半径为[r],则[12(2a+2a)r=a2],
解得[r=(2-1)a].
所以内切圆的面积S内切圆=πr2=π[([2]-1)·a]2=(3-2)πa2.
故所求概率[P=S内切圆S=(3-22)π.]
答案 B
点拨 求解与面积有关的几何概型时,关键是弄清该事件对应的面积. 必要时可根据题意构造两个变量,把变量看成点的坐标,找到试验全部结果构成的平面图形,以便求解.
考点4 与体积有关的几何概型
例4 在体积为V的三棱锥S-ABC的棱AB上任取一点P,则三棱锥S-APC的体积大于[V3]的概率是 .
解析 如图,三棱锥S-ABC的高与三棱锥S-APC的高相同.
作PM⊥AC于M,BN⊥AC于N,
则PM,BN分别为△APC与△ABC的高.
所以[VS-APCVS-ABC=S△APCS△ABC=PMBN].
又[PMBN=APAB],所以[APAB>13]时,满足条件.
设[ADAB=13],则P在BD上,所求的概率[P=BDBA=23].
答案 [23]
点拨 与体积有关的几何概型是与面积有关的几何概型类似的,只是将题中的几何概型转化为立体模式. 因此,我们可以总结如下:一个具体问题能否应用几何概型概率公式,关键在于能否将问题几何化;也可根据实际问题的具体情况,选取合适的参数,建立适当的坐标系. 在此基础上,将试验的每一个结果一一对应于该坐标系中的一个点,使得全体结果构成一个可度量的区域.
考点5 生活中的几何概型问题
例5 (1)假设车站每隔10分钟发一班车,若某乘客随机到达车站,则其等车时间不超过3分钟的概率为 .
(2)甲、乙两船驶向一个不能同时停泊两艘船的码头,它們在一昼夜内到达该码头的时刻是等可能的.如果甲船停泊时间为1h,乙船停泊时间为2h,求它们中的任意一艘都不需要等待码头空出的概率.
解析 (1)要使得等车的时间不超过3分钟,即到达的时刻应该是图中[A]包含的时间点.
[3分钟][10分钟]
故所求概率[P=A的长度S的长度=310=0.3.]
(2)设甲、乙两艘船到达码头的时刻分别为x与y,A为“两船都不需要等待码头空出”,
则[0≤x≤24], [0≤y≤24].
要满足[A],则[y-x≥1]或[x-y≥2].
[∴A={(x,y)|y-x≥1]或[x-y≥2],[y∈[0,24]}].
[A]为图中阴影部分,全部结果构成集合Ω为边长是24的正方形及其内部.
所求概率为[P(A)=A的面积Ω的面积]
[=(24-1)2×12+(24-2)2×12242=506.5576≈0.88.]
点拨 生活中的几何概型度量区域的构造方法:
(1)审题:通过阅读题目,提炼相关信息.
(2)建模:利用相关信息的特征,建立概率模型.
(3)解模:求解建立的数学模型.
(4)结论:将解出的数学模型的解转化为题目要求的结论.