新編新課標(biāo)高三數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第10篇 離散型隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望與方差學(xué)案 理
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1、 第六十六課時 隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望與方差 課前預(yù)習(xí)案 考綱要求 1.理解隨機(jī)變量的均值、方差的意義、作用,能解決一些簡單的實際問題. 2.理解二項分布、超幾何分步的數(shù)學(xué)期望與方差. 基礎(chǔ)知識梳理 1. 離散型隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望與方差 設(shè)一個離散型隨機(jī)變量X所有可能取的值是x1,x2,…,xn,這些值對應(yīng)的概率是p1,p2,…,pn. (1)數(shù)學(xué)期望: 稱E(X)= 為離散型隨機(jī)變量X的均值或數(shù)學(xué)期望(簡稱期望),它刻畫了這個離散型隨機(jī)變量的 . (2)方差: 稱D(X)=
2、 叫做這個離散型隨機(jī)變量X的方差,即反映了離散型隨機(jī)變量取值相對于期望的 (或說離散程度), D(X)的算術(shù)平方根叫做離散型隨機(jī)變量X的標(biāo)準(zhǔn)差. 2. 二點分布與二項分布、超幾何分布的期望、方差 期望 方差 變量X服從二點分布 X~B(n,p) X服從參數(shù)為N,M, n的超幾何分布 預(yù)習(xí)自測 1. 若隨機(jī)變量ξ的分布列如下表,則E(ξ)的值為________. ξ 0 1 2 3 4 5 P 2x 3x 7x 2x 3x x 2.某畢業(yè)生參加人
3、才招聘會,分別向甲、乙、丙三個公司投遞了個人簡歷.假定該畢業(yè)生得到甲公司面試的概率為,得到乙、丙兩公司面試的概率均為p,且三個公司是否讓其面試是相互獨(dú)立的,記X為該畢業(yè)生得到面試的公司個數(shù).若P(X=0)=,則隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望E(X)=________. 3. 某射手射擊所得環(huán)數(shù)ξ的分布列如下: ξ 7 8 9 10 P x 0.1 0.3 y 已知ξ的期望E(ξ)=8.9,則y的值為 ( ) A.0.4 B.0.6 C.0.7 D.0.9 4. 已知X的分布列為 X -1 0 1 P 設(shè)Y=2X
4、+3,則E(Y)的值為 ( ) A. B.4 C.-1 D.1 5. 設(shè)隨機(jī)變量X~B(n,p),且E(X)=1.6,D(X)=1.28,則 ( ) A.n=8,p=0.2 B.n=4,p=0.4 C.n=5,p=0.32 D.n=7,p=0.45 課堂探究案 典型例題 考點1 離散型隨機(jī)變量的均值、方差 【典例1】(20xx年高考湖北卷)根據(jù)以往的經(jīng)驗,某工程施工期間的降水量X(單位:mm)對工期的影響如下表: 降水量X X<300 300≤X<700 700≤X<900 X≥900 工期延
5、誤天數(shù)Y 0 2 6 10 歷年氣象資料表明,該工程施工期間降水量X小于300,700,900的概率分別為0.3,0.7,0.9.求: (1)工期延誤天數(shù)Y的均值與方差; (2)在降水量X至少是300 mm的條件下,工期延誤不超過6天的概率. 【變式1】某中學(xué)在高三開設(shè)了4門選修課,每個學(xué)生必須且只需選修1門選修課.對于該年級的甲、乙、丙3名學(xué)生,回答下面的問題: (1)求這3名學(xué)生選擇的選修課互不相同的概率; (2)某一選修課被這3名學(xué)生選修的人數(shù)的數(shù)學(xué)期望. 考點2 二項分布的均值、方差 【典例2】某人投彈命中目標(biāo)的概率p=0.8. (1)求投彈一次,命中
6、次數(shù)X的均值和方差; (2)求重復(fù)10次投彈時命中次數(shù)Y的均值和方差. 【變式2】為防止風(fēng)沙危害,某地決定建設(shè)防護(hù)綠化帶,種植楊樹、沙柳等植物.某人一次種植了n株沙柳,各株沙柳成活與否是相互獨(dú)立的,成活率為p,設(shè)ξ為成活沙柳的株數(shù),數(shù)學(xué)期望E(ξ)=3,標(biāo)準(zhǔn)差為. (1)求n,p的值并寫出ξ的分布列; (2)若有3株或3株以上的沙柳未成活,則需要補(bǔ)種,求需要補(bǔ)種沙柳的概率. 考點3 均值與方差的應(yīng)用 【典例3】現(xiàn)有甲、乙兩個項目,對甲項目每投資10萬元,一年后利潤是1.2萬元、1.18萬元、1.17萬元的概率分別為、、;已知乙項目的利潤與產(chǎn)品價格的調(diào)整有關(guān),在每次調(diào)整中,
7、價格下降的概率都是p(0
8、2% P 0.2 0.5 0.3 (1)在A,B兩個項目上各投資100萬元,Y1和Y2分別表示投資項目A和B所獲得的利潤,求方差D(Y1),D(Y2); (2)將x(0≤x≤100)萬元投資A項目,100-x萬元投資B項目,f(x)表示投資A項目所得利潤的方差與投資B項目所得利潤的方差的和.求f(x)的最小值,并指出x為何值時,f(x)取到最小值. 當(dāng)堂檢測 1. 已知某一隨機(jī)變量X的概率分布列如下,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 2.已知X的分布
9、列為 X -1 0 1 P 且Y=aX+3,E(Y)=,則a的值為 ( ) A.1 B.2 C.3 D.4 3. 一射手對靶射擊,直到第一次命中為止,每次命中的概率都為0.6,現(xiàn)有4顆子彈,則射擊停止后剩余子彈的數(shù)目X的期望值為 ( ) A.2.44 B.3.376 C.2.376 D.2.4 4. 體育課的排球發(fā)球項目考試的規(guī)則是每位學(xué)生最多可發(fā)球3次,一旦發(fā)球成功,則停止發(fā)球,否則一直發(fā)到3次為止.設(shè)學(xué)生一次發(fā)球成功的概率為p(p≠0),發(fā)球次數(shù)為X,若X的數(shù)學(xué)期望E(X)>1.75,則
10、p的取值范圍是 ( ) A. B. C. D. 5. 在籃球比賽中,罰球命中1次得1分,不中得0分.如果某運(yùn)動員罰球命中的概率為0.7,那么他罰球1次的得分X的均值是________. 6. 有一批產(chǎn)品,其中有12件正品和4件次品,有放回地任取3件,若X表示取到次品的件數(shù),則D(X)=________. 7.馬老師從課本上抄錄一個隨機(jī)變量ξ的概率分布列如下表: x 1 2 3 P(ξ=x) ? ! ? 請小牛同學(xué)計算ξ的數(shù)學(xué)期望.盡管“!”處完全無法看清,且兩個“?”處字跡模糊,但能斷定這兩個“?”處的數(shù)值相同.據(jù)
11、此,小牛給出了正確答案E(ξ)=________.
課后拓展案
A組全員必做題
1. 若X是離散型隨機(jī)變量,P(X=x1)=,P(X=x2)=,且x1 12、得2分的概率為b,不得分的概率為c(a、b、c∈(0,1)),已知他投籃一次得分的均值為2,則+的最小值為 ( )
A. B. C. D.
4. 罐中有6個紅球,4個白球,從中任取1球,記住顏色后再放回,連續(xù)摸取4次,設(shè)ξ為取得紅球的次數(shù),則ξ的期望E(ξ)=________.
5. 簽盒中有編號為1、2、3、4、5、6的六支簽,從中任意取3支,設(shè)X為這3支簽的號碼之中最大的一個,則X的數(shù)學(xué)期望為________.
6.為了某項大型活動能夠安全進(jìn)行,警方從武警訓(xùn)練基地挑選防爆警察,從體能、射擊、反應(yīng)三項指標(biāo)進(jìn)行檢測,如果這三項中至少有兩項通過即可入選.假定某基地 13、有4名武警戰(zhàn)士(分別記為A、B、C、D)擬參加挑選,且每人能通過體能、射擊、反應(yīng)的概率分別為,,.這三項測試能否通過相互之間沒有影響.
(1)求A能夠入選的概率;
(2)規(guī)定:按入選人數(shù)得訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)(每入選1人,則相應(yīng)的訓(xùn)練基地得到3 000元的訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)),求該基地得到訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)的分布列與數(shù)學(xué)期望.
B組提高選做題
1. 設(shè)l為平面上過點(0,1)的直線,l的斜率等可能地?。?,-,-,0,,,2,用ξ表示坐標(biāo)原點到l的距離,則隨機(jī)變量ξ的數(shù)學(xué)期望E(ξ)=________.
2.某市公租房的房源位于A、B、C三個片區(qū).設(shè)每位申請人只申請其中一個片區(qū)的房源,且申請其中任一個片區(qū)的房源是等 14、可能的,求該市的任4位申請人中:
(1)恰有2人申請A片區(qū)房源的概率;
(2)申請的房源所在片區(qū)的個數(shù)ξ的分布列與期望.
3.(20xx年高考新課標(biāo)全國卷)某花店每天以每枝5元的價格從農(nóng)場購進(jìn)若干枝玫瑰花,然后以每枝10元的價格出售,如果當(dāng)天賣不完,剩下的玫瑰花作垃圾處理.
(1)若花店一天購進(jìn)16枝玫瑰花,求當(dāng)天的利潤y(單位:元)關(guān)于當(dāng)天需求量n(單位:枝,n∈N)的函數(shù)解析式.
(2)花店記錄了100天玫瑰花的日需求量(單位:枝),整理得下表:
日需求量n
14
15
16
17
18
19
20
頻數(shù)
10
20
16
16
15
13
1 15、0
以100天記錄的各需求量的頻率作為各需求量發(fā)生的概率.
①若花店一天購進(jìn)16枝玫瑰花,X表示當(dāng)天的利潤(單位:元),求X的分布列、數(shù)學(xué)期望及方差.
②若花店計劃一天購進(jìn)16枝或17枝玫瑰花,你認(rèn)為應(yīng)購進(jìn)16枝還是17枝?請說明理由.
參考答案
預(yù)習(xí)自測
1.【答案】
【解析】根據(jù)概率之和為1,求出x=,則E(ξ)=0×2x+1×3x+…+5x=40x=.
2.【答案】
【解析】由題意知P(X=0)=(1-p)2=,∴p=.
隨機(jī)變量X的分布列為
X
0
1
2
3
P
E(X)=0×+1×+2×+3×=.
3.【答案】 A
【解析】 由 16、,可得y=0.4.
4. 【答案】 A
【解析】 E(X)=(-1)×+0×+1×=-.∴E(Y)=2E(X)+3=2×+3=.
5. 【答案】 A
【解析】 ∵X~B(n,p),∴E(X)=np=1.6,D(X)=np(1-p)=1.28,∴
典型例題
【典例1】【解析】 (1)由已知條件和概率的加法公式有P(X<300)=0.3,
P(300≤X<700)=P(X<700)-P(X<300)=0.7-0.3=0.4,
P(700≤X<900)=P(X<900)-P(X<700)=0.9-0.7=0.2,
P(X≥900)=1-P(X<900)=1-0.9=0.1.
所以 17、Y的分布列為
Y
0
2
6
10
P
0.3
0.4
0.2
0.1
于是,E(Y)=0×0.3+2×0.4+6×0.2+10×0.1=3;
D(Y)=(0-3)2×0.3+(2-3)2×0.4+(6-3)2×0.2+(10-3)2×0.1=9.8.
故工期延誤天數(shù)Y的均值為3,方差為9.8.
(2)由概率的加法公式,得P(X≥300)=1-P(X<300)=0.7,
又P(300≤X<900)=P(X<900)-P(X<300)=0.9-0.3=0.6.
由條件概率,得P(Y≤6|X≥300)=P(X<900|X≥300)===.
故在降水量X至少是300 18、 mm的條件下,工期延誤不超過6天的概率是.
【變式1】【解析】 (1)3名學(xué)生選擇的選修課互不相同的概率:p1==;
(2)設(shè)某一選修課被這3名學(xué)生選擇的人數(shù)為ξ,
則ξ=0,1,2,3.P(ξ=0)==,P(ξ=1)==,P(ξ=2)==,P(ξ=3)==.
所以ξ的分布列為
ξ
0
1
2
3
P
數(shù)學(xué)期望E(ξ)=0×+1×+2×+3×=.
【典例2】【解析】(1)隨機(jī)變量X的分布列為
X
0
1
P
0.2
0.8
因為X服從二點分布,故E(X)=p=0.8,D(X)=p(1-p)=0.8×0.2=0.16.
(2)由題意知,命 19、中次數(shù)Y服從二項分布,
即Y~B(10,0.8),∴E(Y)=np=10×0.8=8,D(Y)=np(1-p)=10×0.8×0.2=1.6.
探究提高 若X~B(n,p),則E(X)=np,D(X)=np(1-p).
【變式2】【解析】(1)由E(ξ)=np=3,D(ξ)=np(1-p)=,得1-p=,從而n=6,p=.
ξ的分布列為
ξ
0
1
2
3
4
5
6
P
(2)記“需要補(bǔ)種沙柳”為事件A,則P(A)=P(ξ≤3),得
P(A)==
【典例3】【解析】 (1)X1的概率分布列為
X1
1.2
1.18
1.17 20、
P
E(X1)=1.2×+1.18×+1.17×=1.18.
由題設(shè)得X~B(2,p),即X的概率分布列為
X
0
1
2
P
(1-p)2
2p(1-p)
p2
故X2的概率分布列為
X2
1.3
1.25
0.2
P
(1-p)2
2p(1-p)
p2
所以E(X2)=1.3×(1-p)2+1.25×2p(1-p)+0.2×p2=1.3×(1-2p+p2)+2.5×(p-p2)+0.2×p2
=-p2-0.1p+1.3.
(2)由E(X1) 21、0,解得-0.4
22、(Y2)
=[x2+3(100-x)2]
=(4x2-600x+3×1002).
當(dāng)且僅當(dāng)x==75時,f(x)=3為最小值.
當(dāng)堂檢測
1. 【答案】C
【解析】由分布列性質(zhì)知:0.5+0.1+b=1,∴b=0.4.
∴E(X)=4×0.5+a×0.1+9×0.4=6.3,∴a=7.
2.【答案】B
【解析】先求出E(X)=(-1)×+0×+1×=-.
再由Y=aX+3得E(Y)=aE(X)+3.∴=a×+3.解得a=2.
3.【答案】C
【解析】X的所有可能取值為3,2,1,0,其分布列為
X
3
2
1
0
P
0.6
0.24
0.096
23、
0.064
∴E(X)=3×0.6+2×0.24+1×0.096+0×0.064=2.376.
4. 【答案】C
【解析】由已知條件可得P(X=1)=p,P(X=2)=(1-p)p,P(X=3)=(1-p)2p+(1-p)3=(1-p)2,
則E(X)=P(X=1)+2P(X=2)+3P(X=3)=p+2(1-p)p+3(1-p)2=p2-3p+3>1.75,解得p>或p<,又由p∈(0,1),可得p∈.
5. 【答案】 0.7
【解析】 E(X)=1×0.7+0×0.3=0.7.
6. 【答案】
【解析】由題意知取到次品的概率為,∴X~B,∴D(X)=3××=.
7.【答 24、案】2
【解析】設(shè)“?”處的數(shù)值為x,則“!”處的數(shù)值為1-2x,則E(ξ)=1·x+2×(1-2x)+3x=x+2-4x+3x=2.
A組全員必做題
1. 【答案】C
【解析】分析已知條件,利用離散型隨機(jī)變量的均值和方差的計算公式得:
解得或又∵x1 25、
26、包含以下幾個互斥事件:MN,MP,NP,MNP.
∴P(A)=P(MN)+P(MP)+P(NP)+P(MNP)=××+××+××+××==.
答 A能夠入選的概率為.
(2)P(沒有入選任何人)=4=,P(入選了一人)=C3=,
P(入選了兩人)=C22=,P(入選了三人)=C3=,
P(入選了四人)=C4=,
記ξ表示該訓(xùn)練基地得到的訓(xùn)練經(jīng)費(fèi),該基地得到訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)的分布列為
ξ
0
3 000
6 000
9 000
12 000
P
E(ξ)=3 000×+6 000×+9 000×+12 000×=8 000(元)
所以,該基地得到訓(xùn)練經(jīng)費(fèi) 27、的數(shù)學(xué)期望為8 000元.
B組提高選做題
1.【答案】
【解析】當(dāng)l的斜率k為±2時,直線l的方程為±2x-y+1=0,此時坐標(biāo)原點到l的距離d=;當(dāng)k為±時,d=;當(dāng)k為±時,d=;當(dāng)k為0時,d=1,由古典概型的概率公式可得分布列如下:
ξ
1
P
所以E(ξ)=×+×+×+1×=.
2.解 (1)方法一 所有可能的申請方式有34種,恰有2人申請A片區(qū)房源的申請方式有C·22種,從而恰有2人申請A片區(qū)房源的概率為=.
方法二 設(shè)對每位申請人的觀察為一次試驗,這是4次獨(dú)立重復(fù)試驗.
記“申請A片區(qū)房源”為事件A,則P(A)=.
從而,由 28、獨(dú)立重復(fù)試驗中事件A恰發(fā)生k次的概率計算公式知,恰有2人申請A片區(qū)房源的概率為
P4(2)=C22=.
(2)ξ的所有可能值為1,2,3.又P(ξ=1)==,P(ξ=2)==
,
P(ξ=3)==.
綜上知,ξ的分布列為
ξ
1
2
3
P
從而有E(ξ)=1×+2×+3×=.
3解 (1)當(dāng)日需求量n≥16時,利潤y=80.當(dāng)日需求量n<16時,利潤y=10n-80.
所以y關(guān)于n的函數(shù)解析式為y=(n∈N).
(2)①X可能的取值為60,70,80,并且P(X=60)=0.1,P(X=70)=0.2,P(X=80)=0.7.
X的分布列為
X
29、60
70
80
P
0.1
0.2
0.7
X的數(shù)學(xué)期望為E(X)=60×0.1+70×0.2+80×0.7=76.
X的方差為D(X)=(60-76)2×0.1+(70-76)2×0.2+(80-76)2×0.7=44.
②法一 花店一天應(yīng)購進(jìn)16枝玫瑰花.理由如下:
若花店一天購進(jìn)17枝玫瑰花,Y表示當(dāng)天的利潤(單位:元),那么Y的分布列為
Y
55
65
75
85
P
0.1
0.2
0.16
0.54
Y的數(shù)學(xué)期望為E(Y)=55×0.1+65×0.2+75×0.16+85×0.54=76.4.
Y的方差為D(Y)=(55-76.4)2× 30、0.1+(65-76.4)2×0.2+(75-76.4)2×0.16+(85-76.4)2×0.54=112.04.
由以上的計算結(jié)果可以看出,D(X)
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