概率、随机变量及其分布列.doc
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1、概率、随机变量及其分布列概率、随机变量及其分布列 1.(2020 全国卷)设O为正方形ABCD的中心,在O,A,B,C,D中任取3点, 则取到的 3 点共线的概率为( ) A.1 5 B.2 5 C.1 2 D.4 5 解析 从 O,A,B,C,D 这 5 个点中任取 3 点,取法有O,A,B,O,A, C,O,A,D,O,B,C,O,B,D,O,C,D,A,B,C,A, B,D,A,C,D,B,C,D,共 10 种,其中取到的 3 点共线的只有O, A,C,O,B,D这 2 种取法,所以所求概率为 2 10 1 5或 2 C35 1 5.故选 A. 答案 A 2.(多选题)(2020 新高考
2、山东卷)信息熵是信息论中的一个重要概念.设随机变量 X 所有可能的取值为 1,2,n,且 P(Xi)pi0(i1,2,n), n i1pi1, 定义 X 的信息熵 H(X) n i1pilog2pi.( ) A.若 n1,则 H(X)0 B.若 n2,则 H(X)随着 p1的增大而增大 C.若 pi1 n(i1,2,n),则 H(X)随着 n 的增大而增大 D.若 n2m,随机变量 Y 所有可能的取值为 1,2,m,且 P( Yj)pj p2m1j(j1,2,m),则 H(X)H(Y) 解析 对于 A,当 n1 时,p11,H(X)1log210,故 A 正确;对于 B, 当n2 时,有 p1
3、p21,此时,若p11 4或 3 4都有H(X) 1 4log2 1 4 3 4log2 3 4 ,故 B 错误;对于 C,当 pi1 n(i1,2,n)时,H(X) n i1 1 nlog2 1 nn 1 nlog2 1 n log2n,显然H(X)随n的增大而增大,故C正确;对于D,法一 当n2m时, H(X)(p1log2p1p2log2p2p2m1log2p2m1p2mlog2p2m) (p1log2p1p2mlog2p2m)(p2log2p2 p2m1log2p2m1)(pmlog2pmpm1log2pm1 ) , H(Y)(p1p2m)log2(p1p2m)(p2p2m1)log2
4、(p2p2m1 ) (pmpm1)log2(pmpm1 ) , 由于 p1log2p1p2mlog2p2mlog2(pp1 1 pp2m2m)log2 (p1p2m)p1 (p1p2m)p2m log2(p1p2m)p1 p2m(p 1p2m)log2(p1p2m),同理可证 p2log2p2p2m1log2p2m1 (p2p2m1)log2(p2p2m1),pmlog2pmpm1log2pm1(pmpm1)log2(pmpm 1),所以 H(X)H(Y),故 D 错误. 法二(特值法) 令 m1,则 n2,p11 4,p2 3 4. P(Y1)1,H(Y)log210, H(X) 1 4lo
5、g2 1 4 3 4log2 3 4 0, H(X)H(Y),故 D 错误. 答案 AC 3.(2020 浙江卷)一个盒子里有 1 个红 1 个绿 2 个黄四个相同的球,每次拿一个, 不放回,拿出红球即停,设拿出黄球的个数为 ,则 P(0)_;E() _. 解析 0 表示停止取球时没有取到黄球, 所以 P(0)1 4 1 4 1 3 1 3. 随机变量 的所有可能取值为 0,1,2, 则 P(1)2 4 1 3 2 4 1 3 1 2 1 4 2 3 1 2 1 3, P(2)2 4 1 3 1 2 1 4 2 3 1 2 2 4 1 3 1 2 2 4 1 3 1 2 1 3, 所以 E()
6、01 31 1 32 1 31. 答案 1 3 1 4.(2020 全国卷)甲、乙、丙三位同学进行羽毛球比赛,约定赛制如下: 累计负两场者被淘汰;比赛前抽签决定首先比赛的两人,另一人轮空;每场比赛 的胜者与轮空者进行下一场比赛,负者下一场轮空,直至有一人被淘汰;当一人 被淘汰后,剩余的两人继续比赛,直至其中一人被淘汰,另一人最终获胜,比赛 结束. 经抽签,甲、乙首先比赛,丙轮空.设每场比赛双方获胜的概率都为1 2. (1)求甲连胜四场的概率; (2)求需要进行第五场比赛的概率; (3)求丙最终获胜的概率. 解 (1)甲连胜四场的概率为 1 16. (2)根据赛制,至少需要进行四场比赛,至多需要
7、进行五场比赛. 比赛四场结束,共有三种情况: 甲连胜四场的概率为 1 16;乙连胜四场的概率为 1 16; 丙上场后连胜三场的概率为1 8. 所以需要进行第五场比赛的概率为 1 1 16 1 16 1 8 3 4. (3)丙最终获胜,有两种情况: 比赛四场结束且丙最终获胜的概率为1 8; 比赛五场结束且丙最终获胜,则从第二场开始的四场比赛按照丙的胜、负、轮空 结果有三种情况:胜胜负胜,胜负空胜,负空胜胜,概率分别为 1 16, 1 8, 1 8. 因此丙最终获胜的概率为1 8 1 16 1 8 1 8 7 16. 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)
8、m n 事件A中所含的基本事件数 试验的基本事件总数 . (2)条件概率. 在 A 发生的条件下 B 发生的概率:P(B|A)P(AB) P(A) n(AB) n(A) . (3)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). (4)若事件 A,B 互斥,则 P(AB)P(A)P(B), P(A )1P(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)Cknpk(1p)n k,k0,1,2,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
9、 服从二项分布,即 XB(n,p)且 P(Xk) Cknpk(1p)n k(k0,1,2,n). 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(Xk) CkMCn k NM CnN ,k0,1,2,m,其中mminM,n,且nN,MN,n,M, NN*,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 的分布列为 x1 x2 x3 xi xn P p1 p2 p3 pi pn 离散型随机变量 的分布列具有两个性质:pi0; p1p2pip
10、n1(i1,2,3,n). (2)E()x1p1x2p2xipixnpn为随机变量 的数学期望或均值. D()(x1E()2 p1(x2E()2 p2(xiE()2 pi(xnE()2 pn叫做 随机变量的方差. (3)数学期望、方差的性质. E(ab)aE()b,D(ab)a2D(). XB(n,p),则 E(X)np,D(X)np(1p). X 服从两点分布,则 E(X)p,D(X)p(1p). 热点一 古典概型 【例 1】 (1)(2019 全国卷)我国古代典籍周易用“卦”描述万物的变化.每 一“重卦”由从下到上排列的 6 个爻组成,爻分为阳爻“”和阴爻“ ”,如图就是一重卦.在所有重卦
11、中随机取一重卦,则该重卦恰有3个阳爻的概 率是( ) A. 5 16 B.11 32 C.21 32 D.11 16 (2)(2020 湖北四地七校联考)根据党中央关于“精准脱贫”的要求,某农业经济 部门派 4 位专家各自在周一、周二两天中任选一天对某县进行调研活动,则周 一、周二都有专家参加调研活动的概率为_. 解析 (1)在所有重卦中随机取一重卦,其基本事件总数 n2664,恰有 3 个阳 爻的基本事件数为 C3620. 故在所有重卦中随机取一重卦,该重卦恰有 3 个阳爻的概率 p20 64 5 16. (2)4 位专家各自在周一、周二两天中任选一天对某县进行调研活动,共有 2416 种情
12、况.只有周一或周二有专家参加调研活动的情况有2种,所以周一、周二都有 专家参加调研活动的情况有 16214 种,所以周一、周二都有专家参加调研活 动的概率 p14 16 7 8. 答案 (1)A (2)7 8 探究提高 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. 【训练 1】 (1)(2020 重庆质检)2020 年,新型冠状病毒引发的疫情牵动着亿万人 的心,八方驰援战疫情,众志成城克时难,社会各界支援湖北共抗新型冠状病毒 肺炎,重庆某医院派出 3 名医生,2 名护士支援湖北,现从这 5 人中任选
13、 2 人定 点支援湖北某医院,则恰有 1 名医生和 1 名护士被选中的概率为( ) A.0.7 B.0.4 C.0.6 D.0.3 (2)(2020 济南一模)洛书,古称龟书,是阴阳五行术数之源,被世界公认为组合 数学的鼻祖,它是中华民族对人类的伟大贡献之一.在古代传说中有神龟出于洛 水,其甲壳上有图(1):“以五居中,五方白圈皆阳数,四隅黑点为阴数”,这 就是最早的三阶幻方.按照上述说法,将1到9这九个数字,填在如图(2)的九宫格 里,九宫格的中间填 5,四个角填偶数,其余位置填奇数.则每一横行、每一竖列 以及两条对角线上三个数字的和都等于 15 的概率是( ) A.1 3 B.1 6 C.
14、 1 72 D. 1 144 解析 (1)从 5 人中任选 2 人定点支援湖北某医院的基本事件总数 nC2510,恰 有 1 名医生和 1 名护士被选中包含的基本事件个数 mC13 C126,则恰有 1 名医 生和 1 名护士被选中的概率为 Pm n 6 100.6. (2)记“将 1 到 9 这九个数字,填在题图(2)的九宫格里,九宫格的中间填 5,四个 角填偶数,其余位置填奇数,则每一横行、每一竖列以及两条对角线上三个数字 的和都等于 15”为事件 A,则题图(2)的九宫格里,九宫格的中间填 5,四个角填 偶数,其余位置填奇数的不同方法共有A44 A44576(种).而事件A所包含的基本事
15、 件如图,共有 8 种. 2 7 6 9 5 1 4 3 8 2 9 4 7 5 3 6 1 8 4 9 2 3 5 7 8 1 6 4 3 8 9 5 1 2 7 6 6 1 8 7 5 3 2 9 4 6 7 2 1 5 9 8 3 4 8 3 4 1 5 9 6 7 2 8 1 6 3 5 7 4 9 2 所以 P(A) 8 576 1 72. 答案 (1)C (2)C 热点二 条件概率及相互独立事件的概率 【例 2】 (1)(2020 广州调研)某大学选拔新生补充进“篮球”“电子竞技”“国 学”三个社团,据资料统计,新生通过考核选拔进入这三个社团成功与否相互独 立.2019 年某新生入
16、学,假设他通过选拔进入该校的“篮球”“电子竞技”“国 学”三个社团的概率依次为 m,1 3,n.已知这三个社团他都能进入的概率为 1 24, 至少进入一个社团的概率为3 4,则 mn( ) A.1 2 B.2 3 C.3 4 D. 5 12 (2)(2020 辽宁六校协作体期中)某地区空气质量监测资料表明,一天的空气质量 为优良的概率是3 4,连续两天为优良的概率是 1 2,已知某天的空气质量为优良,则 随后一天的空气质量为优良的概率是_. 解析 (1)设该生进入该校的“篮球”“电子竞技”“国学”社团分别为事件 A, B,C, 则 P(A)m,P(B)1 3,P(C)n. 依题意知 P(ABC
17、)P(A)P(B)P(C)m1 3n 1 24,所以 mn 1 8. 1P(A B C )1P(A )P(B )P(C )1(1m)2 3(1n) 3 4, 所以(1m)(1n)3 8. 于是(1m)(1n)1(mn)mn1(mn)1 8 3 8,所以 mn 3 4. (2)记事件A为“一天的空气质量为优良”,事件B为“随后一天的空气质量也为 优良”,则 P(AB)1 2,P(A) 3 4,根据条件概率公式可得 P(B|A) P(AB) P(A) 1 2 3 4 2 3. 答案 (1)C (2)2 3 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
18、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)条件概率的计算,要分清是在谁的条件下的概率,古典概型的条件概率可缩 减样本空间优化计算;(2)对于独立重复试验,要牢记公式Pn(k)Cknpk(1p)n k, k0,1,2,n,并深刻理解其含义. 【训练 2】 (1)某种电路开关闭合后会出现红灯或绿灯闪烁,已知开关第一次闭合 后出现红灯的概率为1 2,两次闭合后都出现红灯的概率为 1 5,则在第一次闭合后出 现红灯的条件下第二次闭合后也出现红灯的概率为( ) A. 1 10 B.1 5 C.2 5 D.1 2 (2)(2020 天津卷)已知甲、乙两球
19、落入盒子的概率分别为1 2和 1 3.假定两球是否落入 盒子互不影响,则甲、乙两球都落入盒子的概率为_;甲、乙两球至少 有一个落入盒子的概率为_. 解析 (1)设“开关第一次闭合后出现红灯”为事件 A,“第二次闭合后出现红 灯”为事件B,由题意得P(A)1 2,P(AB) 1 5.由条件概率的定义可得P(B|A) 1 5 1 2 2 5.故选 C. (2)甲、乙两球都落入盒子的概率 P1 2 1 3 1 6; 事件 A:“甲、乙两球至少有一个落入盒子”的对立事件是A :“甲、乙两球都 不落入盒子”,P(A ) 11 2 11 3 1 3,所以 P(A)1 1 3 2 3. 答案 (1)C (2
20、)1 6 2 3 热点三 随机变量的分布列、均值与方差 角度 1 超几何分布 【例 3】 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
21、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 C21045 种, 这两名学生来自同一小组的取法共有 C23C24C2210(种), 所以 p10 45 2 9. (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(Xk)C k 3 C2 k 2 C25 (k0,1,2). P(X0)C 2 2 C25 1 10,P(X1) C13C12 C25 3 5, P(X2)C 2 3 C25 3 10. 则随机变量 X 的分布列为 X 0
22、1 2 P 1 10 3 5 3 10 故 E(X)0 1 101 3 52 3 10 6 5. 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,如果能够判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(Xk)C k MCn k NM CnN (k0,1,m,其中 m minM,n,且 nN,MN,n,M,NN*). 【训练 3】 (2020 长沙调研)某市“好运来”超市为了回馈新老顾客,决定在 2021 年元旦来临之际举行“庆元旦,迎新年”的抽奖派送礼品活动
23、.为设计一套趣味 性抽奖送礼品的活动方案,该超市面向该市某高中学生征集活动方案,该中学某 班数学兴趣小组提供的方案获得了征用.方案如下:将一个444的正方体各面 均涂上红色,再把它分割成 64 个相同的小正方体.经过搅拌后,从中任取两个小 正方体,记它们的着色面数之和为 ,记抽奖一次中奖的礼品价值为 . (1)求 P(3); (2)凡是元旦当天在该超市购买物品的顾客,均可参加抽奖.记抽取的两个小正方 体着色面数之和为6,设为一等奖,获得价值50元的礼品;记抽取的两个小正方 体着色面数之和为5,设为二等奖,获得价值30元的礼品;记抽取的两个小正方 体着色面数之和为 4,设为三等奖,获得价值 10
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