2019年高考數(shù)學(xué) 考點(diǎn)分析與突破性講練 專(zhuān)題38 離散型隨機(jī)變量及其分布列、均值與方差 理.doc

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專(zhuān)題38 離散型隨機(jī)變量及其分布列、均值與方差 一、考綱要求： 1.理解取有限個(gè)值的離散型隨機(jī)變量及其分布列的概念，了解分布列對(duì)于刻畫(huà)隨機(jī)現(xiàn)象的重要性. 2.理解超幾何分布及其導(dǎo)出過(guò)程，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用． 3.理解取有限個(gè)值的離散型隨機(jī)變量的均值、方差的概念. 4.會(huì)求簡(jiǎn)單離散型隨機(jī)變量的均值、方差，并能利用離散型隨機(jī)變量的均值、方差概念解決一些簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題． 二、概念掌握及解題上的注意點(diǎn)： 1.求離散型隨機(jī)變量X的分布列的步驟： (1）找出隨機(jī)變量X的所有可能取值xi(i＝1，2，3，…，n)； (2）求出各個(gè)取值的概率P(X＝xi)＝pi； (3）列成表格并用分布列的性質(zhì)檢驗(yàn)所求的分布列或某事件的概率是否正確. 2.超幾何分布描述的是不放回抽樣問(wèn)題，超幾何分布的特征： (1）考察對(duì)象分兩類(lèi)； (2）已知各類(lèi)對(duì)象中個(gè)體的個(gè)數(shù)； (3）從中抽取若干個(gè)個(gè)體，考察抽取到的某類(lèi)個(gè)體個(gè)數(shù)X的概率分布. 3.超幾何分布主要用于抽檢產(chǎn)品、摸不同類(lèi)別的小球等概率模型，其實(shí)質(zhì)是古典概型. 4.求離散型隨機(jī)變量X的均值與方差的步驟 (1）理解X的意義，寫(xiě)出X可能取的全部值. (2）求X取每個(gè)值時(shí)的概率. (3）寫(xiě)出X的分布列. (4）由均值的定義求E(X). (5）由方差的定義求D(X). 5.利用均值、方差進(jìn)行決策的兩個(gè)方略 (1）當(dāng)均值不同時(shí)，兩個(gè)隨機(jī)變量取值的水平可見(jiàn)分歧，可對(duì)問(wèn)題作出判斷. (2）若兩隨機(jī)變量均值相同或相差不大.則可通過(guò)分析兩變量的方差來(lái)研究隨機(jī)變量的離散程度或者穩(wěn)定程度，進(jìn)而進(jìn)行決策. 三、高考考題題例分析： 例1.（2018全國(guó)卷I） 某工廠(chǎng)的某種產(chǎn)品成箱包裝，每箱200件，每一箱產(chǎn)品在交付用戶(hù)之前要對(duì)產(chǎn)品作檢驗(yàn)，如檢驗(yàn)出不合格品，則更換為合格品．檢驗(yàn)時(shí)，先從這箱產(chǎn)品中任取20件作檢驗(yàn)，再根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果決定是否對(duì)余下的所有產(chǎn)品作檢驗(yàn)．設(shè)每件產(chǎn)品為不合格品的概率都為p（0＜p＜1），且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨(dú)立． （1）記20件產(chǎn)品中恰有2件不合格品的概率為f（p），求f （p）的最大值點(diǎn)p0． （2）現(xiàn)對(duì)一箱產(chǎn)品檢驗(yàn)了20件，結(jié)果恰有2件不合格品，以（1）中確定的p0作為p的值．已知每件產(chǎn)品的檢驗(yàn)費(fèi)用為2元，若有不合格品進(jìn)入用戶(hù)手中，則工廠(chǎng)要對(duì)每件不合格品支付25元的賠償費(fèi)用． （i）若不對(duì)該箱余下的產(chǎn)品作檢驗(yàn)，這一箱產(chǎn)品的檢驗(yàn)費(fèi)用與賠償費(fèi)用的和記為X，求EX； （ⅱ）以檢驗(yàn)費(fèi)用與賠償費(fèi)用和的期望值為決策依據(jù)，是否該對(duì)這箱余下的所有產(chǎn)品作檢驗(yàn)？ 【答案】見(jiàn)解析 （2）（i）由（1）知p=0.1， 令Y表示余下的180件產(chǎn)品中的不合格品數(shù)，依題意知Y～B（180，0.1）， X=202+25Y，即X=40+25Y， ∴E（X）=E（40+25Y）=40+25E（Y）=40+251800.1=490． （ii）如果對(duì)余下的產(chǎn)品作檢驗(yàn)，由這一箱產(chǎn)品所需要的檢驗(yàn)費(fèi)為400元， ∵E（X）=490＞400， ∴應(yīng)該對(duì)余下的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)． 例2.（2018北京卷）電影公司隨機(jī)收集了電影的有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)分類(lèi)整理得到下表： 電影類(lèi)型 第一類(lèi) 第二類(lèi) 第三類(lèi) 第四類(lèi) 第五類(lèi) 第六類(lèi) 電影部數(shù) 140 50 300 200 800 510 好評(píng)率 0.4 0.2 0.15 0.25 0.2 0.1 好評(píng)率是指：一類(lèi)電影中獲得好評(píng)的部數(shù)與該類(lèi)電影的部數(shù)的比值． 假設(shè)所有電影是否獲得好評(píng)相互獨(dú)立． （Ⅰ）從電影公司收集的電影中隨機(jī)選取1部，求這部電影是獲得好評(píng)的第四類(lèi)電影的概率； （Ⅱ）從第四類(lèi)電影和第五類(lèi)電影中各隨機(jī)選取1部，估計(jì)恰有1部獲得好評(píng)的概率； （Ⅲ）假設(shè)每類(lèi)電影得到人們喜歡的概率與表格中該類(lèi)電影的好評(píng)率相等．用“ξk=1”表示第k類(lèi)電影得到人們喜歡．“ξk=0”表示第k類(lèi)電影沒(méi)有得到人們喜歡（k=1，2，3，4，5，6）．寫(xiě)出方差Dξ1，Dξ2，Dξ3，Dξ4，Dξ5，Dξ6的大小關(guān)系． 【答案】見(jiàn)解析 （Ⅱ）設(shè)事件B表示“從第四類(lèi)電影和第五類(lèi)電影中各隨機(jī)選取1部，恰有1部獲得好評(píng)”， 第四類(lèi)獲得好評(píng)的有：2000.25=50部， 第五類(lèi)獲得好評(píng)的有：8000.2=160部， 則從第四類(lèi)電影和第五類(lèi)電影中各隨機(jī)選取1部，估計(jì)恰有1部獲得好評(píng)的概率： P（B）==0.35． （Ⅲ）由題意知，定義隨機(jī)變量如下： ξk=， 則ξk服從兩點(diǎn)分布，則六類(lèi)電影的分布列及方差計(jì)算如下： 第一類(lèi)電影： ξ1 1 0 P 0.4 0.6 E（ξ1）=10.4+00.6=0.4， D（ξ1）=（1﹣0.4）20.4+（0﹣0.4）20.6=0.24． 第二類(lèi)電影： ξ2 1 0 P 0.2 0.8 E（ξ2）=10.2+00.8=0.2， D（ξ2）=（1﹣0.2）20.2+（0﹣0.2）20.8=0.16． 第三類(lèi)電影： ξ3 1 0 P 0.15 0.85 E（ξ3）=10.15+00.85=0.15， D（ξ3）=（1﹣0.15）20.15+（0﹣0.85）20.85=0.1275． 第五類(lèi)電影： ξ5 1 0 P 0.2 0.8 E（ξ5）=10.2+00.8=0.2， D（ξ5）=（1﹣0.2）20.2+（0﹣0.2）20.8=0.16． 第六類(lèi)電影： ξ6 1 0 P 0.1 0.9 E（ξ6）=10.1+00.9=0.1， D（ξ5）=（1﹣0.1）20.1+（0﹣0.1）20.9=0.09． ∴方差Dξ1，Dξ2，Dξ3，Dξ4，Dξ5，Dξ6的大小關(guān)系為： Dξ6＜Dξ3＜Dξ2=Dξ5＜Dξ4＜Dξ1． 例6.　(2017山東卷節(jié)選)在心理學(xué)研究中，常采用對(duì)比試驗(yàn)的方法評(píng)價(jià)不同心理暗示對(duì)人的影響，具體方法如下：將參加試驗(yàn)的志愿者隨機(jī)分成兩組，一組接受甲種心理暗示，另一組接受乙種心理暗示，通過(guò)對(duì)比這兩組志愿者接受心理暗示后的結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)兩種心理暗示的作用．現(xiàn)有6名男志愿者A1，A2，A3，A4，A5，A6和4名女志愿者B1，B2，B3，B4，從中隨機(jī)抽取5人接受甲種心理暗示，另5人接受乙種心理暗示． (1)求接受甲種心理暗示的志愿者中包含A1但不包含B1的概率； (2)用X表示接受乙種心理暗示的女志愿者人數(shù)，求X的分布列． 【答案】(1) ；(2)見(jiàn)解析 因此X的分布列為 X 0 1 2 3 4 P 例7. (2017天津卷)從甲地到乙地要經(jīng)過(guò)3個(gè)十字路口，設(shè)各路口信號(hào)燈工作相互獨(dú)立，且在各路口遇到紅燈的概率分別為，，. (1)記X表示一輛車(chē)從甲地到乙地遇到紅燈的個(gè)數(shù)，求隨機(jī)變量X的分布列和數(shù)學(xué)期望； (2)若有2輛車(chē)獨(dú)立地從甲地到乙地，求這2輛車(chē)共遇到1個(gè)紅燈的概率． 【答案】(1) ；(2) 【解析】　(1)隨機(jī)變量X的所有可能取值為0,1,2,3. P(X＝0)＝＝， P(X＝1)＝＋＋＝， P(X＝2)＝＋＋＝， P(X＝3)＝＝. 所以，隨機(jī)變量X的分布列為 X 0 1 2 3 P 隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望E(X)＝0＋1＋2＋3＝. 例8. (2016四川卷)同時(shí)拋擲兩枚質(zhì)地均勻的硬幣，當(dāng)至少有一枚硬幣正面向上時(shí)，就說(shuō)這次試驗(yàn)成功，則在2次試驗(yàn)中成功次數(shù)X的均值是________． 【答案】　 【解析】法一：先求出成功次數(shù)X的分布列，再求均值． 由題意可知每次試驗(yàn)不成功的概率為，成功的概率為，在2次試驗(yàn)中成功次數(shù)X的可能取值為0,1,2，則P(X＝0)＝，P(X＝1)＝C＝， P(X＝2)＝＝. 所以在2次試驗(yàn)中成功次數(shù)X的分布列為 X 0 1 2 P 則在2次試驗(yàn)中成功次數(shù)X的均值為 E(X)＝0＋1＋2＝. 法二：此試驗(yàn)滿(mǎn)足二項(xiàng)分布，其中p＝，所以在2次試驗(yàn)中成功次數(shù)X的均值為E(X)＝np＝2＝. 離散型隨機(jī)變量及其分布列、均值與方差練習(xí)題 一、選擇題 1．設(shè)某項(xiàng)試驗(yàn)的成功率是失敗率的2倍，用隨機(jī)變量X去描述1次試驗(yàn)的成功次數(shù)，則P(X＝0)等于(　　) A．0　　　　 B． C． D． 【答案】C 2．若離散型隨機(jī)變量X的分布列為 X 0 1 P 9c2－c 3－8c 則常數(shù)c的值為(　　) A．或 B． C． D．1 【答案】C 【解析】根據(jù)離散型隨機(jī)變量分布列的性質(zhì)知 得c＝. 3．在15個(gè)村莊中有7個(gè)村莊交通不方便，現(xiàn)從中任意選10個(gè)村莊，用X表示這10個(gè)村莊中交通不方便的村莊數(shù)，下列概率中等于的是(　　) A．P(X＝2) B．P(X≤2) C．P(X＝4) D．P(X≤4) 【答案】C 【解析】X服從超幾何分布，故P(X＝k)＝，k＝4. 4．若離散型隨機(jī)變量X的分布列為(　　) X 0 1 P 則X的數(shù)學(xué)期望E(X)＝(　　) A．2　　　　 B．2或 C． D．1 【答案】C 5．已知某一隨機(jī)變量X的分布列如下，且E(X)＝6.3，則a的值為(　　) X 4 a 9 P 0.5 0.1 b A．5　　　　　　　　　 B．6 C．7 D．8 【答案】C 【解析】由分布列性質(zhì)知：0.5＋0.1＋b＝1，∴b＝0.4， ∴E(X)＝40.5＋a0.1＋90.4＝6.3，∴a＝7. 6．已知隨機(jī)變量η滿(mǎn)足E(1－η)＝5，D(1－η)＝5，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．E(η)＝－5，D(η)＝5 B．E(η)＝－4，D(η)＝－4 C．E(η)＝－5，D(η)＝－5 D．E(η)＝－4，D(η)＝5 【答案】D 【解析】因?yàn)镋(1－η)＝1－E(η)＝5，所以E(η)＝－4.D(1－η)＝(－1)2D(η)＝5，所以D(η)＝5，故選D. 7．已知隨機(jī)變量X的分布列為P(X＝i)＝(i＝1,2,3,4)，則P(2＜X≤4)等于(　　) A． B． C． D． 【答案】B 8．若隨機(jī)變量X的分布列為 X －2 －1 0 1 2 3 P 0.1 0.2 0.2 0.3 0.1 0.1 則當(dāng)P(Xx2)＝β，P(Xx2)－P(X，則P的取值范圍是_______ 【答案】. 　 【解析】由已知得P(Y＝1)＝p，P(Y＝2)＝(1－p)p，P(Y＝3)＝(1－p)2， 則E(Y)＝p＋2(1－p)p＋3(1－p)2＝p2－3p＋3>，解得p>或p<， 又p∈(0,1)，所以p∈. 三、解答題 17．有編號(hào)為1,2,3，…，n的n個(gè)學(xué)生，入坐編號(hào)為1,2,3，…，n的n個(gè)座位，每個(gè)學(xué)生規(guī)定坐一個(gè)座位，設(shè)學(xué)生所坐的座位號(hào)與該生的編號(hào)不同的學(xué)生人數(shù)為X，已知X＝2時(shí)，共有6種坐法． (1)求n的值． (2)求隨機(jī)變量X的概率分布列. 【答案】(1)4；(2)見(jiàn)解析 所以X的概率分布列為： X 0 2 3 4 P 18.端午節(jié)吃粽子是我國(guó)的傳統(tǒng)習(xí)俗．設(shè)一盤(pán)中裝有10個(gè)粽子，其中豆沙粽2個(gè)，肉粽3個(gè)，白粽5個(gè)，這三種粽子的外觀(guān)完全相同．從中任意選取3個(gè)． (1)求三種粽子各取到1個(gè)的概率； (2)設(shè)X表示取到的豆沙粽個(gè)數(shù)，求X的分布列. 【答案】(1) ；(2)見(jiàn)解析 綜上知，X的分布列為 X 0 1 2 P 19．PM2.5是指懸浮在空氣中的直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱(chēng)為可入肺顆粒物．根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3 095—2 012，PM2.5日均值在35微克/立方米以下空氣質(zhì)量為一級(jí)；在35微克/立方米～75微克/立方米之間空氣質(zhì)量為二級(jí)；在75微克/立方米以上空氣質(zhì)量為超標(biāo)． 從某自然保護(hù)區(qū)2015年全年每天的PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中隨機(jī)地抽取10天的數(shù)據(jù)作為樣本，監(jiān)測(cè)值頻數(shù)如下表所示： PM2.5日均值 (微克/立方米) [25,35] (35,45] (45,55] (55,65] (65,75] (75,85] 頻數(shù) 3 1 1 1 1 3 (1)從這10天的PM2.5日均值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，隨機(jī)抽出3天，求恰有一天空氣質(zhì)量達(dá)到一級(jí)的概率； (2)從這10天的數(shù)據(jù)中任取3天數(shù)據(jù)，記ξ表示抽到PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)的天數(shù)，求ξ的分布列． 【答案】(1) ；(2)見(jiàn)解析。 【解析】　(1)記“從10天的PM2.5日均值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，隨機(jī)抽出3天，恰有一天空氣質(zhì)量達(dá)到一級(jí)”為事件A，則 P(A)＝＝. (2)依據(jù)條件，ξ服從超幾何分布，其中N＝10，M＝3，n＝3，且隨機(jī)變量ξ的可能取值為0,1,2,3. P(ξ＝k)＝(k＝0,1,2,3)． ∴P(ξ＝0)＝＝， P(ξ＝1)＝＝， P(ξ＝2)＝＝，P(ξ＝3)＝＝. 因此ξ的分布列為 ξ 0 1 2 3 P 20．在一袋中有20個(gè)大小相同的球，其中記上0號(hào)的有10個(gè)，記上n號(hào)的有n個(gè)(n＝1,2,3,4)，現(xiàn)從袋中任取一球，X表示所取球的標(biāo)號(hào)． (1)求X的分布列、期望和方差； (2)若Y＝aX＋b，E(Y)＝1，D(Y)＝11，試求a，b的值． 【答案】(1)見(jiàn)解析；(2) 或 21．為吸引顧客，某公司在商場(chǎng)舉辦電子游戲活動(dòng)．對(duì)于A(yíng)，B兩種游戲，每種游戲玩一次均會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)果，而且每次游戲的結(jié)果相互獨(dú)立，具體規(guī)則如下：玩一次游戲A，若綠燈閃亮，獲得50分，若綠燈不閃亮，則扣除10分(即獲得－10分)，綠燈閃亮的概率為；玩一次游戲B，若出現(xiàn)音樂(lè)，獲得60分，若沒(méi)有出現(xiàn)音樂(lè)，則扣除20分(即獲得－20分)，出現(xiàn)音樂(lè)的概率為.玩多次游戲后累計(jì)積分達(dá)到130分可以?xún)稉Q獎(jiǎng)品． (1)記X為玩游戲A和B各一次所得的總分，求隨機(jī)變量X的分布列和數(shù)學(xué)期望； (2)設(shè)某人玩5次游戲B，求該人能兌換獎(jiǎng)品的概率． 【答案】(1)見(jiàn)解析；(2) 所以X的分布列為 X 110 50 30 －30 P 故E(X)＝110＋50＋30－30＝32. (2)設(shè)某人玩5次游戲B的過(guò)程中，出現(xiàn)音樂(lè)n次(0≤n≤5，n∈N*)，則沒(méi)出現(xiàn)音樂(lè)5－n次， 依題意得60n－20(5－n)≥130，解得n≥， 所以n＝3或4或5. 設(shè)“某人玩5次游戲B能兌換獎(jiǎng)品”為事件M， 則P(M)＝C＋C＋＝. 22.為迎接2022年北京冬奧會(huì)，推廣滑雪運(yùn)動(dòng)，某滑雪場(chǎng)開(kāi)展滑雪促銷(xiāo)活動(dòng)．該滑雪場(chǎng)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是：滑雪時(shí)間不超過(guò)1小時(shí)免費(fèi)，超過(guò)1小時(shí)的部分每小時(shí)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為40元(不足1小時(shí)的部分按1小時(shí)計(jì)算)．有甲、乙兩人相互獨(dú)立地來(lái)該滑雪場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，設(shè)甲、乙不超過(guò)1小時(shí)離開(kāi)的概率分別為，；1小時(shí)以上且不超過(guò)2小時(shí)離開(kāi)的概率分別為，；兩人滑雪時(shí)間都不會(huì)超過(guò)3小時(shí)． (1)求甲、乙兩人所付滑雪費(fèi)用相同的概率； (2)設(shè)甲、乙兩人所付的滑雪費(fèi)用之和為隨機(jī)變量ξ，求ξ的分布列與數(shù)學(xué)期望E(ξ)，方差D(ξ). 【答案】(1) ；(2)80， (2)設(shè)甲、乙所付費(fèi)用之和為ξ，ξ可能取值為0,40,80,120,160，則： P(ξ＝0)＝＝； P(ξ＝40)＝＋＝； P(ξ＝80)＝＋＋＝； P(ξ＝120)＝＋＝； P(ξ＝160)＝＝. ξ的分布列為 ξ 0 40 80 120 160 P E(ξ)＝0＋40＋80＋120＋160＝80. D(ξ)＝(0－80)2＋(40－80)2＋(80－80)2＋(120－80)2＋(160－80)2＝.