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    数学7.4 二项分布与超几何分布精品导学案

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    这是一份数学7.4 二项分布与超几何分布精品导学案,文件包含人教A版数学高二选择性必修第三册742超几何分布导学案原卷版docx、人教A版数学高二选择性必修第三册742超几何分布导学案解析版docx等2份学案配套教学资源,其中学案共19页, 欢迎下载使用。

    1. 理解超几何分布概念, 能够判定随机变量是否服从超几何分布;
    2. 会应用超几何分布列的概率公式计算求解随机事件的概率;
    3. 能够利用随机变量服从超几何分布的知识解决实际问题, 会求服从超几何分布的随机变量的均值.
    重点难点
    重点:超几何分布的概率求法及应用
    难点:区分超几何分布与二项分布
    课前预习 自主梳理
    知识点一 超几何分布
    定义:一般地,假设一批产品共有N件,其中有M件次品,从N件产品中随机抽取n件(不放回),用X表示抽取的n件产品中的次品数,则X的分布列为
    P(X=k)=eq \f(C\\al(k,M)C\\al(n-k,N-M),C\\al(n,N)),k=m,m+1,m+2,…,r.
    其中n,N,M∈N*,M≤N,n≤N,m=max{0,n-N+M},r=min{n,M}.
    如果随机变量X的分布列具有上式的形式,那么称随机变量X服从超几何分布.
    知识点二 超几何分布的期望
    E(X)=eq \f(nM,N)=np(p为N件产品的次品率).
    自主检测
    1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”.
    超几何分布的总体里只有两类物品.( )
    超几何分布的模型是不放回抽样.( )
    超几何分布与二项分布的期望值都为np.( )
    超几何分布是不放回抽样.( )
    超几何分布的总体是只有两类物品.( )
    超几何分布与二项分布的均值相同.( )
    超几何分布与二项分布没有任何联系.( )
    将一枚硬币连抛3次,正面向上的次数X服从超几何分布.( )
    盒中有4个白球和3个黑球,有放回地摸取3个球,黑球的个数X服从超几何分布.( )
    某射手的命中率为0.8,现对目标射击3次,命中目标的次数X服从超几何分布.( )
    【答案】(1)√(2)√(3)√(4)√(5)√(6)√(7)×(8)×(9)√(10)×
    2.设随机变量,且,则( )
    A.B.C.D.
    【答案】A
    【分析】利用二项分布的期望公式求解.
    【详解】因为随机变量,且,
    所以,所以,
    故选:A.
    3.某射击选手每次射击击中目标的概率是0.8,这名选手在10次射击中,恰有8次击中目标的概率为
    A.B.
    C.D.
    【答案】A
    【分析】由题意可知,选手射击属于独立重复事件,属于二项分布,按照二项分布求概率即可得到答案.
    【详解】设为击中目标的次数,则,从而这名射手在10次射击中,恰有8次击中目标的概率为.选A.
    【点睛】本题考查独立重复事件发生的概率,考查二项分布公式的运用,属于基础题.
    4.下列说法正确的有( )
    A.若随机变量X的数学期望,则
    B.若随机变量Y的方差
    C.将一枚硬币抛掷3次,记正面向上的次数为,则服从二项分布
    D.从7男3女共10名学生干部中随机选取5名学生干部,记选出女学生干部的人数为,则服从超几何分布
    【答案】ABCD
    【分析】利用离散型随机变量的期望的性质可判断A,利用离散型随机变量的方差的性质可判断B,利用二项分布的概念可判断C,利用超几何分布的概念可判断D.
    【详解】对于选项A:因为,故A正确;
    对于选项B:因为,故B正确;
    对于选项C:根据二项分布的概念可知随机变量服从,故C正确;
    对于选项D:根据超几何分布的概念可知服从超几何分布,故D正确.
    故选:ABCD.
    5.生产方提供箱的一批产品,其中有箱不合格产品.采购方接收该批产品的准则是:从该批产品中任取箱产品进行检测,若至多有箱不合格产品,便接收该批产品.则该批产品被接收的概率为 (结果用最简分数表示).
    【答案】
    【分析】以箱为一批产品,从中随机抽取箱,用表示“箱中不合格产品的箱数”,则服从超几何分布,其中..,结合超几何分布的概率公式即可求解.
    【详解】以箱为一批产品,从中随机抽取箱,用表示“箱中不合格产品的箱数”,
    则服从超几何分布,其中..,
    ∴该批产品被接收的概率为:.
    故答案为:.
    新课导学
    学习探究
    环节一 创设情境,引入课题
    前面我们学习了排列组合、离散型随机变量的有关知识,本节课将利用这些知识继续研究第二个重要的概率模型----超几何分布。
    问题 已知100件产品中有8件次品,分别采用有放回和不放回的方式随机抽取4件.设抽取的4件产品中次品数为X,求随机变量X的分布列.
    (1)采用有放回抽样,随机变量X服从二项分布吗?
    我们知道,如果采用有放回抽样,则每次抽到次品的概率为0.08,且各次抽样的结果相互独立,此时X服从二项分布,即.
    (2)如果采用不放回抽样,请问抽取的4件产品中次品数X还服从二项分布吗?若不服从,那么X的分布列是什么?
    采用不放回抽样,虽然每次抽到次品的概率都是0.08,但每次抽取不是同一个试验,而且各次抽取的结果也不独立,不符合n重伯努利试验的特征,因此X不服从二项分布.
    学生回答:不服从,需要根据古典概型来求X的分布列。
    环节二 观察分析,感知概念
    可以根据古典概型求X的分布列.由题意可知,X可能的取值为0,1,2,3,4.从100件产品中任取4件,样本空间包含个样本点,且每个样本点都是等可能发生的.其中4件产品中恰有k件次品的结果数为.由古典概型的知识,得X的分布列为

    计算的具体结果(精确到0.00001)如表7.4-1所示.
    表7.4-1
    (3)观察上述分布列中的概率求解方法,与二项分布的有什么不同?从中得出什么规律?
    【设计意图】通过具体的问题情境,引发学生积极思考,也就是利用已学知识来观察这个问题,通过参与互动,说出自己见解。从而引出超几何分布的概念,发展学生逻辑推理、数学运算、数学抽象和数学建模的核心素养。
    环节三 抽象概括,形成概念
    一般地,假设一批产品共有N件,其中有M件次品.从N件产品中随机抽取n件(不放回),用X表示抽取的n件产品中的次品数,则X的分布列为

    其中,,,,.
    如果随机变量X的分布列具有上式的形式,那么称随机变量X服从超几何分布(hypergemetric distributin).
    (4)剖析超几何分布的概念:
    1.公式 中个字母的含义
    N—总体中的个体总数;M—总体中的特殊个体总数(如次品总数)
    n—样本容量;k—样本中的特殊个体数(如次品数)
    2.上述概率分布列计算公式是直接利用组合数的意义列式计算的,所以不要机械记忆这个概率分布列。
    3. “任取n件,恰有k件次品”是可以理解为一次性抽取,也可以理解为逐个不放回抽取。
    例4 从50名学生中随机选出5名学生代表,求甲被选中的概率.
    解:设X表示选出的5名学生中含甲的人数(只能取0或1),则X服从超几何分布,且,,.
    因此甲被选中的概率为

    容易发现,每个人被抽到的概率都是,这个结论非常直观,这里给出了严格的推导.
    例5 一批零件共有30个,其中有3个不合格.随机抽取10个零件进行检测,求至少有1件不合格的概率.
    解:设抽取的10个零件中不合格品数为X,则X服从超几何分布,且,,.X的分布列为

    至少有 1 件不合格的概率为

    也可以按如下方法求解:

    归纳总结:(1)当研究的事物涉及二维离散型随机变量(如:次品、两类颜色等问题)时的概率分布可视为一个超几何分布;
    (2)在超几何分布中,只要知道参数N,M,n就可以根据概率计算公式求出X取不同值时的概率。
    【设计意图】通过两个例题,让学生更加充分的认识超几何分布的概率计算方法,提高他们的数学运算能力。也通过数学抽象和数学建模来达到问题归类,方法统一。
    环节四 辨析理解 深化概念
    探究:服从超几何分布的随机变量的均值是什么?
    设随机变量X服从超几何分布,则X可以解释为从包含M件次品的N件产品中,不放回地随机抽取n件产品中的次品数. 令,则是N件产品的次品率,而是抽取的n件产品的次品率,我们猜想,即.
    实际上,由随机变量均值的定义,令,,由随机变量均值的定义:
    当时,
    . (1)
    因为,所以

    当时,注意到(1)式中间求和的第一项为0,类似可以证明结论依然成立.
    【设计意图】通过一个例题的计算,知道结果是满足猜想E(X)=np,接下来将引导学生深知数学结论能否直接使用,必将进行严格的证明,此时鼓励同学们课后去完成。因为课堂上如果去完成这个证明,将会使得课堂教学脱离教学重点,正好也鼓励同学们进行课后思考和同时提升同学们的自学能力。
    环节五 概念应用,巩固内化
    例6 一个袋子中有100个大小相同的球,其中有40个黄球、60个白球,从中随机地摸出20个球作为样本.用X表示样本中黄球的个数.
    (1)分别就有放回摸球和不放回摸球,求X的分布列;
    (2)分别就有放回摸球和不放回摸球,用样本中黄球的比例估计总体中黄球的比例,求误差不超过0.1的概率.
    分析:因为只有两种颜色的球,每次摸球都是一个伯努利试验.摸出20个球,采用有放回摸球,各次试验的结果相互独立,;而采用不放回摸球,各次试验的结果不独立,X服从超几何分布.
    解:(1)对于有放回摸球,每次摸到黄球的概率为0.4,且各次试验之间的结果是独立的,因此,X的分布列为

    对于不放回摸球,各次试验的结果不独立,X服从超几何分布,X的分布列为
    ,.
    (2)利用统计软件可以计算出两个分布列具体的概率值(精确到 0.00001 ),如表7.4-2 所示.
    表7.4-2
    样本中黄球的比例是一个随机变量,根据表7.4-2,计算得
    有放回摸球: .
    不放回摸球: .
    因此,在相同的误差限制下,采用不放回摸球估计的结果更可靠些.
    两种摸球方式下,随机变量X分别服从二项分布和超几何分布.虽然这两种分布有相等的均值(都是8),但从两种分布的概率分布图(图7.4-4)看,超几何分布更集中在均值附近.
    二项分布和超几何分布都可以描述随机抽取的n件产品中次品数的分布规律,并且二者的均值相同.对于不放回抽样,当n远远小于N时,每抽取一次后,对N的影响很小,此时,超几何分布可以用二项分布近似.
    【设计意图】通过对二项分布和超几何分布的问题对比分析和研究,以逻辑推理、直观想象的教学方式,让学生充分掌握超几何分布的概念及其特点。通过问题的探究和对比,进一步了解了这两个分布的区别和联系。
    环节六 归纳总结,反思提升
    1.本节课学习的概念有哪些?
    (1)超几何分布的概念及特征.
    (2)超几何分布的均值.
    (3)超几何分布与二项分布的区别与联系.
    2.在解决问题时,用到了哪些数学思想?
    (1)方法归纳:类比.
    (2)常见误区:超几何分布与二项分布混淆,前者是不放回抽样,后者是有放回抽样.
    【设计意图】通过总结,让学生进一步巩固本节所学内容,提高概括能力.
    环节七目标检测,作业布置
    完成教材:教材第80页练习第1,2题.
    备用练习
    1.研究显示,某地区实施人工降雨以后降水量超过200mm的率为.现在由于干旱,要对该地区连续4天使用人工降雨,则在这4天中至少有2天降水量超过200mm的概率为( )
    A.B.C.D.
    【答案】B
    【分析】利用独立重复试验概率公式即得.
    【详解】依题意,所求概率为.
    故选:B.
    2.下列说法正确的是( )
    A.数据1,3,5,7,9,11,13的第60百分位数为9
    B.已知随机变量服从二项分布:,设,则的方差
    C.用简单随机抽样的方法从51个个体中抽取2个个体,则每个个体被抽到的概率都是
    D.若样本数据的平均数为2,则的平均数为8
    【答案】AD
    【分析】由百分位数的概念可判断A,由二项分布的方差可知B错误,由古典概型可判断C,由平均数的性质可判断D.
    【详解】对于A,共有7个数据,而,故第60百分位数为9,A正确;
    对于B,易知,而,所以,B错误;
    对于C,由古典概型可知:从51个体中抽取2个个体,每个个体被抽到的概率都是,C错误;
    对于D,若样本数据的平均数为2,则的平均数为,D正确.
    故选:AD
    3.某中学组织了足球射门比赛,规定每名同学有次射门机会,踢进一球得分,没踢进得分.小明参加比赛且没有放弃任何一次射门机会,每次踢进的概率为,每次射门相互独立.记为小明得分总和,为小明踢进球的次数,则下列结论正确的是( )
    A.B.
    C.D.
    【答案】AC
    【分析】根据二项分布的性质,结合数学期望和方差的公式逐一判断即可.
    【详解】由题意得,,因此,所以选项A正确;
    ,所以选项B不正确;
    由题意得,则,所以选项C正确;
    ,,因此选项D不正确.
    故选:AC.
    4.若随机变量,,则( )
    A.B.C.D.
    【答案】D
    【分析】根据二项分布的期望与方程的计算公式,由题中条件,列出方程,即可求出结果.
    【详解】因为,,
    则,解得,
    所以.
    故选:D.
    5.下列关于超几何分布的叙述中,正确的是( )
    A.X的可能取值为0,1,2,…,20B.
    C.X的数学期望D.当k=8时,最大
    【答案】ACD
    【分析】根据超几何分布的定义和性质即可判断ABC选项;根据最大列不等式,解不等式即可得到,即可判断D选项.
    【详解】根据超几何分布的定义得到的可能取值为0,1,2,20,,,故AC正确,B错;
    ,解得,所以时最大,故D正确.
    故选:ACD.
    X
    0
    1
    2
    3
    4
    P
    0.71257
    0.25621
    0.02989
    0.00131
    0.00002
    k
    p1k
    p2k
    k
    p1k
    p2k
    0
    0.000 04
    0.000 01
    11
    0.070 99
    0.063 76
    1
    0.000 49
    0.000 15
    12
    0.035 50
    0.026 67
    2
    0.003 09
    0.001 35
    13
    0.014 56
    0.008 67
    3
    0.012 35
    0.007 14
    14
    0.004 85
    0.002 17
    4
    0.034 99
    0.025 51
    15
    0.001 29
    0.000 41
    5
    0.074 65
    0.065 30
    16
    0.000 27
    0.000 06
    6
    0.124 41
    0.124 22
    17
    0.000 04
    0.000 01
    7
    0.165 88
    0.179 72
    18
    0.000 00
    0.000 00
    8
    0.179 71
    0.200 78
    19
    0.000 00
    0.000 00
    9
    0.159 74
    0.174 83
    20
    0.000 00
    0.000 00
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