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文档介绍
2019届二轮复习第2讲 概率、随机变量及其分布列学案(全国通用)
第2讲 概率、随机变量及其分布列 高考定位 1.计数原理、古典概型、几何概型的考查多以选择或填空的形式命题,中低档难度;2.概率模型多考查独立重复试验、相互独立事件、互斥事件及对立事件等;对离散型随机变量的分布列及期望的考查是重点中的“热点”,多在解答题的前三题的位置呈现,常考查独立事件的概率,超几何分布和二项分布的期望等. 真 题 感 悟 1.(2018·全国Ⅱ卷)我国数学家陈景润在哥德巴赫猜想的研究中取得了世界领先的成果.哥德巴赫猜想是“每个大于2的偶数可以表示为两个素数的和”,如30=7+23.在不超过30的素数中,随机选取两个不同的数,其和等于30的概率是( ) A. B. C. D. 解析 不超过30的素数有2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,共10个,从中随机选取两个不同的数有C种不同的取法,其中两素数相加等于30的有7和23,11和19,13和17,共有3种情况,所以所求概率P==,故选C. 答案 C 2.(2018·全国Ⅰ卷)如图来自古希腊数学家希波克拉底所研究的几何图形.此图由三个半圆构成,三个半圆的直径分别为直角三角形ABC的斜边BC,直角边AB,AC.△ABC的三边所围成的区域记为Ⅰ,黑色部分记为Ⅱ,其余部分记为Ⅲ.在整个图形中随机取一点,此点取自Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ的概率分别记为p1,p2,p3,则( ) A.p1=p2 B.p1=p3 C.p2=p3 D.p1=p2+p3 解析 不妨设△ABC为等腰直角三角形,AB=AC=2,则BC=2,所以区域Ⅰ的面积即△ABC的面积,为S1=×2×2=2,区域Ⅲ的面积S3=-S1 =π-2.区域Ⅱ的面积为S2=π·-S3=2.根据几何概型的概率计算公式,得p1=p2=,p3=,所以p1≠p3,p2≠p3,p1≠p2+p3,故选A. 答案 A 3.(2018·全国Ⅰ卷)某工厂的某种产品成箱包装,每箱200件,每一箱产品在交付用户之前要对产品作检验,如检验出不合格品,则更换为合格品.检验时,先从这箱产品中任取20件作检验,再根据检验结果决定是否对余下的所有产品作检验.设每件产品为不合格品的概率都为p(00,f(p)单调递增;
当p∈(0.1,1)时,f′(p)<0,f(p)单调递减.
所以f(p)的最大值点为p0=0.1.
(2)由(1)知,p=0.1.
(ⅰ)令Y表示余下的180件产品中的不合格品件数,依题意知Y~B(180,0.1),
X=20×2+25Y,即X=40+25Y.
所以E(X)=E(40+25Y)=40+25E(Y)=40+25×180×0.1=490.
(ⅱ)如果对余下的产品作检验,则这一箱产品所需要的检验费为400元.
由于E(X)>400,故应该对余下的产品作检验.
考 点 整 合
1.概率模型公式及相关结论
(1)古典概型的概率公式.
P(A)==.
(2)几何概型的概率公式.
P(A)=.
(3)条件概率.
在A发生的条件下B发生的概率:P(B|A)=.
(4)相互独立事件同时发生的概率:若A,B相互独立,则P(AB)=P(A)·P(B).
(5)若事件A,B互斥,则P(A∪B)=P(A)+P(B),
P()=1-P(A).
2.独立重复试验与二项分布
如果事件A在一次试验中发生的概率是p,那么它在n次独立重复试验中恰好发生k次的概率为Pn(k)=Cpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n.用X表示事件A在n次独立重复试验中发生的次数,则X服从二项分布,即X~B(n,p)且P(X=k)=Cpk(1-p)n-k.
3.超几何分布
在含有M件次品的N件产品中,任取n件,其中恰有X件次品,则P(X=k)=,k=0,1,2,…,m,其中m=min{M,n},且n≤N,M≤N,n,M,N∈N*,此时称随机变量X服从超几何分布.超几何分布的模型是不放回抽样,超几何分布中的参数是M,N,n.
4.离散型随机变量的均值、方差
(1)离散型随机变量ξ的分布列为
ξ
x1
x2
x3
…
xi
…
n
P
p1
p2
p3
…
pi
…
pn
离散型随机变量ξ的分布列具有两个性质:①pi≥0;
②p1+p2+…+pi+…+pn=1(i=1,2,3,…,n).
(2)E(ξ)=x1p1+x2p2+…+xipi+…+xnpn为随机变量ξ的数学期望或均值.
D(ξ)=(x1-E(ξ))2·p1+(x2-E(ξ))2·p2+…+(xi-E(ξ))2·pi+…+(xn-E(ξ))2·pn叫做随机变量ξ的方差.
(3)数学期望、方差的性质.
①E(aξ+b)=aE(ξ)+b,D(aξ+b)=a2D(ξ).
②X~B(n,p),则E(X)=np,D(X)=np(1-p).
③X服从两点分布,则E(X)=p,D(X)=p(1-p).
热点一 古典概型与几何概型
【例1】 (1)(2018·太原二模)某商场举行有奖促销活动,抽奖规则如下:箱子中有编号为1,2,3,4,5的五个形状、大小完全相同的小球,从中任取两球,若摸出的两球号码的乘积为奇数,则中奖;否则不中奖.则中奖的概率为( )
A. B. C. D.
(2)(2018·湖南师大附中联考)太极图是以黑白两个鱼形纹组成的图形图案,它形象化地表达了阴阳轮转,相反相成是万物生成变化根源的哲理,展现了一种相互转化,相对统一的形式美.按照太极图的构图方法,在平面直角坐标系中,圆O被y=3sinx的图象分割为两个对称的鱼形图案(如图所示).其中小圆的半径均为1,现在大圆内随机取一点,则此点取自阴影部分的概率为________.
解析 (1)从5个球中,任取两球有C=10种情况,其中两球编号乘积为奇数有C=3种情况.∴所求事件的概率P=.
(2)依题意,大圆的直径为y=3sinx的最小正周期T=8.∴大圆的面积S=π=16π.又一个小圆的面积S0=π×12=π.故所求事件的概率P===.
答案 (1)C (2)
探究提高 1.求古典概型的概率,关键是正确求出基本事件总数和所求事件包含的基本事件总数.常常用到排列、组合的有关知识,计数时要正确分类,做到不重不漏.
2.计算几何概型的概率,构成试验的全部结果的区域和事件发生的区域的寻找是关键,有时需要设出变量,在坐标系中表示所需要的区域.
【训练1】 (1)(2016·全国Ⅰ卷)某公司的班车在7:30,8:00,8:30发车,小明在7:50至8:30之间到达发车站乘坐班车,且到达发车站的时刻是随机的,则他等车时间不超过10分钟的概率是( )
A. B. C. D.
(2)(2018·郑州质检)现有大小形状完全相同的4个小球,其中红球有2个,白球与蓝球各1个,将这4个小球任意排成一排,则中间2个小球不都是红球的概率为( )
A. B. C. D.
解析 (1)如图所示,画出时间轴:
小明到达的时间会随机的落在图中线段AB上,当他的到达时间落在线段AC或DB上时,才能保证他等车的时间不超过10分钟,根据几何概型所求概率P==.
(2)设“4个小球排成一排,中间2个小球不都是红球”为事件A.则表示事件“中间2个球都是红球”,易知P()===,故P(A)=1-P()=.
答案 (1)B (2)C
热点二 互斥事件、相互独立事件的概率
考法1 互斥条件、条件概率
【例2-1】 (2016·全国Ⅱ卷选编)某险种的基本保费为a(单位:元),继续购买该险种的投保人称为续保人,续保人本年度的保费与其上年度出险次数的关联如下:
上年度出险次数
0
1
2
3
4
≥5
保费
0.85a
a
1.25a
1.5a
1.75a
2a
设该险种一续保人一年内出险次数与相应概率如下:
一年内出险次数
0
1
2
3
4
≥5
概率
0.30
0.15
0.20
0.20
0.10
0.05
(1)求一续保人本年度的保费高于基本保费的概率;
(2)若一续保人本年度的保费高于基本保费,求其保费比基本保费高出60%的概率.
解 (1)设A表示事件:“一续保人本年度的保费高于基本保费”,则事件A发生当且仅当一年内出险次数大于1,故P(A)=0.20+0.20+0.10+0.05=0.55.
(2)设B表示事件:“一续保人本年度的保费比基本保费高出60%”,则事件B发生当且仅当一年内出险次数大于3,故P(B)=0.10+0.05=0.15.
又P(AB)=P(B),
故P(B|A)====.
因此所求概率为.
考法2 相互独立事件与独立重复试验的概率
【例2-2】 (2018·衡水中学调研)多家央企为了配合国家战略支持雄安新区建设,纷纷申请在新区建立分公司.若规定每家央企只能在雄县、容城、安新3个片区中的一个片区设立分公司,且申请其中任一个片区设立分公司都是等可能的,每家央企选择哪个片区相互之间互不影响且必须在其中一个片区建立分公司.向雄安新区申请建立分公司的任意4家央企中,
(1)求恰有2家央企申请在“雄县”片区建立分公司的概率;
(2)用X表示这4家央企中在“雄县”片区建立分公司的个数,用Y表示在“容城”或“安新”片区建立分公司的个数,记ξ=|X-Y|,求ξ的分布列.
解 (1)法一 依题意,每家央企在“雄县”片区建立分公司的概率为,去另外两个片区建立分公司的概率为,这4家央企恰有2家央企在“雄县”片区建立分公司的概率为P=C=.
法二 所有可能的申请方式有34
种,恰有2家央企申请在“雄县”片区建立分公司的方式C·22种,从而恰有2家央企在“雄县”片区建立分公司的概率为P==.
(2)由题意知,X~B,
则P(X=k)=C·(k=0,1,2,3,4),
随机变量ξ的所有可能取值为0,2,4.
P(ξ=0)=P(X=2)=,
P(ξ=2)=P(X=1)+P(X=3)=,
P(ξ=4)=P(X=0)+P(X=4)=.
所以随机变量ξ的分布列为
ξ
0
2
4
P
探究提高 1.求复杂事件的概率,要正确分析复杂事件的构成,看复杂事件是能转化为几个彼此互斥的事件的和事件还是能转化为几个相互独立事件同时发生的积事件,然后用概率公式求解.
2.(1)注意辨别独立重复试验的基本特征:①在每次试验中,试验结果只有发生与不发生两种情况;②在每次试验中,事件发生的概率相同.
(2)牢记公式Pn(k)=Cpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n,并深刻理解其含义.
【训练2】 (2018·天津卷)已知某单位甲、乙、丙三个部门的员工人数分别为24,16,16.现采用分层抽样的方法从中抽取7人,进行睡眠时间的调查.
(1)应从甲、乙、丙三个部门的员工中分别抽取多少人?
(2)若抽出的7人中有4人睡眠不足,3人睡眠充足,现从这7人中随机抽取3人做进一步的身体检查.
①用X表示抽取的3人中睡眠不足的员工人数,求随机变量X的分布列与数学期望;
②设A为事件“抽取的3人中,既有睡眠充足的员工,也有睡眠不足的员工”,求事件A发生的概率.
解 (1)由题意得,甲、乙、丙三个部门的员工人数之比为3∶2∶2,由于采用分层抽样的方法从中抽取7人,因此应从甲、乙、丙三个部门的员工中分别抽取3人,2人,2人.
(2)①随机变量X的所有可能取值为0,1,2,3.
P(X=k)=(k=0,1,2,3).
则P(X=0)==,P(X=1)==,
P(X=3)==,则P(X=2)=1---=,
所以,随机变量X的分布列为
X
0
1
2
3
P
随机变量X的数学期望E(X)=0×+1×+2×+3×=.
②设事件B为“抽取的3人中,睡眠充足的员工有1人,睡眠不足的员工有2人”;事件C为“抽取的3人中,睡眠充足的员工有2人,睡眠不足的员工有1人”,则A=B∪C,且B与C互斥.由①知,P(B)=P(X=2),P(C)=P(X=1),
故P(A)=P(B∪C)=P(X=2)+P(X=1)=.
所以,事件A发生的概率为.
热点三 随机变量的分布列、均值与方差
考法1 超几何分布
【例3-1】 (2018·西安调研)4月23日是“世界读书日”,某中学在此期间开展了一系列的读书教育活动.为了解高三学生课外阅读情况,采用分层抽样的方法从高三某班甲、乙、丙、丁四个小组中随机抽取10名学生参加问卷调查.各组人数统计如下:
小组
甲
乙
丙
丁
人数
9
12
6
3
(1)从参加问卷调查的10名学生中随机抽取两名,求这两名学生来自同一个小组的概率;
(2)在参加问卷调查的10名学生中,从来自甲、丙两个小组的学生中随机抽取两名,用X表示抽得甲组学生的人数,求X的分布列和数学期望.
解 (1)由已知得,问卷调查中,从四个小组中抽取的人数分别为3,4,2,1,
从参加问卷调查的10名学生中随机抽取两名的取法共有C=45种,
这两名学生来自同一小组的取法共有C+C+C=10,
所以P==.
(2)由(1)知,在参加问卷调查的10名学生中,来自甲、丙两小组的学生人数分别为3,2.
X的可能取值为0,1,2.
则P(X=k)=(k=0,1,2).
∴P(X=0)==,P(X=1)==,
P(X=2)==.
则随机变量X的分布列为
X
0
1
2
P
故E(X)=0×+1×+2×=.
探究提高 1.求离散型随机变量的分布列的关键是正确理解随机变量取每一个值所表示的具体事件,然后综合应用各类求概率的公式,求出概率.
2.对于实际问题中的随机变量X,如果能够断定它服从超几何分布H(N,M,n),则其概率可直接利用公式P(X=k)=(k=0,1,…,m,其中m=min{M,n},且n≤N,M≤N,n,M,N∈N*).
【训练3】 在心理学研究中,常采用对比试验的方法评价不同心理暗示对人的影响,具体方法如下:将参加试验的志愿者随机分成两组,一组接受甲种心理暗示,另一组接受乙种心理暗示,通过对比这两组志愿者接受心理暗示后的结果来评价两种心理暗示的作用.现有6名男志愿者A1,A2,A3,A4,A5,A6和4名女志愿者B1,B2,B3,B4,从中随机抽取5人接受甲种心理暗示,另5人接受乙种心理暗示.
(1)求接受甲种心理暗示的志愿者中包含A1但不包含B1的概率;
(2)用X表示接受乙种心理暗示的女志愿者人数,求X的分布列与数学期望E(X).
解 (1)记接受甲种心理暗示的志愿者中包含A1但不包含B1的事件为M,
则P(M)==.
(2)由题意知X可取的值为:0,1,2,3,4,则
P(X=0)==,
P(X=1)==,
P(X=2)==,
P(X=3)==,
P(X=4)==.
因此X的分布列为
X
0
1
2
3
4
P
X的数学期望是
E(X)=0×+1×+2×+3×+4×=2.
考法2 与独立重复试验有关的分布列
【例3-2】 (2018·潍坊一模)某公司新上一条生产线,为保证新的生产线正常工作,需对该生产线进行检测.现从该生产线上随机抽取100件产品,测量产品数据,用统计方法得到样本的平均数μ=14,标准差σ=2,绘制如图所示的频率分布直方图.以频率值作为概率估计值.
(1)从该生产线加工的产品中任意抽取一件,记其数据为X
,依据以下不等式评判(P表示对应事件的概率):
①P(μ-σ 0.5,所以p=0.6.
答案 B
4.(2018·长郡中学二模)设随机变量X服从正态分布N(4,σ2),若P(X>m)=0.3,则P(X>8-m)=( )
A.0.2 B.0.3
C.0.7 D.与σ的值有关
解析 ∵随机变量X服从正态分布N(4,σ2),
∴正态曲线的对称轴是x=4,
∵P(X>m)=0.3,且m与8-m关于x=4对称,
由正态曲线的对称性,得P(X>m)=P(X<8-m)=0.3,
故P(X>8-m)=1-0.3=0.7.
答案 C
5.(2018·浙江卷)设0 D(ξ4)>D(ξ2)=D(ξ5)>D(ξ3)>D(ξ6).
10.(2018·西安调研)在一次诗词知识竞赛调查中,发现参赛选手分为两个年龄(单位:岁)段:[20,30),[30,40],其中答对诗词名句与否的人数如图所示.
(1)完成下面2×2列联表:
年龄段
正确
错误
合计
[20,30)
[30,40]
合计
(2)是否有90%的把握认为答对诗词名句与年龄有关,请说明你的理由;
(3)现按年龄段分层抽样选取6名选手,若从这6名选手中选取3名选手,求3名选手中年龄在[20,30)岁范围人数的分布列和数学期望.
注:K2=,其中n=a+b+c+d
P(K2≥k0)
0.100
0.050
0.010
0.005
k0
2.706
3.841
6.635
7.879
解 (1)2×2的列联表为
年龄段
正确
错误
合计
[20,30)
10
30
40
[30,40]
10
70
80
合计
20
100
120
(2)根据2×2列联表中的数据,得K2的观测值为
k=
==3>2.706,
∴有90%的把握认为答对诗词名句与年龄有关.
(3)按年龄段分层抽取6人中,在范围[20,30)岁的人数是2(人),在[30,40]岁范围的人数是4(人).现从6名选手中选取3名选手,设3名选手中在范围[20,30)岁的人数为ξ,则ξ的可能取值为0,1,2.
P(ξ=0)==,P(ξ=1)==,
P(ξ=2)==.
∴ξ的分布列为
ξ
0
1
2
P
故ξ的数学期望为E(ξ)=0×+1×+2×=1.
11.(2018·武汉三模)2018年3月5日上午,李克强总理做政府工作报告时表示,将新能源汽车车辆购置税优惠政策再延长三年,自2018年1月1日至2020年12月31日,对购置的新能源汽车免征车辆购置税.某人计划于2018年5月购买一辆某品牌新能源汽车,他从当地该品牌销售网站了解到近五个月实际销量如下表:
月份
2017.12
2018.01
2018.02
2018.03
2018.04
月份编号t
1
2
3
4
5
销量y(万辆)
0.5
0.6
1
1.4
1.7
(1)经分析发现,可用线性回归模型拟合当地该品牌新能源汽车实际销量y(万辆)与月份编号t之间的相关关系.请用最小二乘法求y关于t的线性回归方程:=t+,并预测2018年5月份当地该品牌新能源汽车的销量;
(2)2018年6月12日,中央财政和地方财政将根据新能源汽车的最大续航里程(新能源汽车的最大续航里程是指理论上新能源汽车所装的燃料或电池所能够提供给车跑的最远里程)对购车补贴进行新一轮调整.已知某地拟购买新能源汽车的消费群体十分庞大,某调研机构对其中的200名消费者的购车补贴金额的心理预期值进行了一个抽样调查,得到如下一份频数表:
补贴金额预期值区间(万元)
[1,2)
[2,3)
[3,4)
[4,5)
[5,6)
[6,7]
频数
20
60
60
30
20
10
(ⅰ)求这200位拟购买新能源汽车的消费者对补贴金额的心理预期值X的样本方差s2及中位数的估计值(同一区间的预期值可用该区间的中点值代替;估计值精确到0.1);
(ⅱ)将频率视为概率,现用随机抽样方法从该地区拟购买新能源汽车的所有消费者中随机抽取3人,记被抽取的3人中对补贴金额的心理预期值不低于3万元的人数为ξ,求ξ的分布列及数学期望E(ξ).
参考公式及数据:①回归方程=t+,其中=,=-;
②tiyi=18.8.
解 (1)易知==3,
==1.04,
t=12+22+32+42+52=55,
====0.32,
=-=1.04-0.32×3=0.08,
则y关于t的线性回归方程为=0.32t+0.08,
当t=6时,=2.00,即2018年5月份当地该品牌新能源汽车的销量约为2万辆.
(2)(ⅰ)根据题意,这200位拟购买新能源汽车的消费者对补贴金额的心理预期值X的平均值、样本方差s2及中位数的估计值分别为:
=1.5×0.1+2.5×0.3+3.5×0.3+4.5×0.15+5.5×0.1+6.5×0.05=3.5,
s2=(1.5-3.5)2×0.1+(2.5-3.5)2×0.3+(3.5-3.5)2×0.3+(4.5-3.5)2×0.15+(5.5-3.5)2×0.1+(6.5-3.5)2×0.05=1.7,
中位数的估计值为3+1×=3+≈3.3.
(ⅱ)根据给定的频数表可知,任意抽取1名拟购买新能源汽车的消费者,对补贴金额的心理预期值不低于3万元的概率为=,
由题意可知ξ~B,ξ的所有可能取值为0,1,2,3,
P(ξ=0)=C=,
P(ξ=1)=C=,
P(ξ=2)=C=,
P(ξ=3)=C=.
X的分布列为
ξ
0
1
2
3
P
所以E(ξ)=0×+1×+2×+3×==.(或者E(ξ)=3×=).