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    新高考数学二轮复习重难点题型突破练习专题30 数列与概率统计结合题型汇总(2份,原卷版+解析版)

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    新高考数学二轮复习重难点题型突破练习专题30 数列与概率统计结合题型汇总(2份,原卷版+解析版)

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    这是一份新高考数学二轮复习重难点题型突破练习专题30 数列与概率统计结合题型汇总(2份,原卷版+解析版),文件包含新高考数学二轮复习重难点题型突破练习专题30数列与概率统计结合题型汇总原卷版doc、新高考数学二轮复习重难点题型突破练习专题30数列与概率统计结合题型汇总解析版doc等2份试卷配套教学资源,其中试卷共109页, 欢迎下载使用。
    TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc148711220" 题型1求数列通项公式型 PAGEREF _Tc148711220 \h 1
    \l "_Tc148711221" 题型2证明等比数列型 PAGEREF _Tc148711221 \h 14
    \l "_Tc148711222" 题型3求和型 PAGEREF _Tc148711222 \h 28
    \l "_Tc148711223" 题型4数列的综合问题 PAGEREF _Tc148711223 \h 38
    题型1求数列通项公式型
    【例题1】(2023秋·山东·高三山东省实验中学校考阶段练习)某品牌女装专卖店设计摸球抽奖促销活动,每位顾客只用一个会员号登陆,每次消费都有一次随机摸球的机会.已知顾客第一次摸球抽中奖品的概率为;从第二次摸球开始,若前一次没抽中奖品,则这次抽中的概率为,若前一次抽中奖品,则这次抽中的概率为.记该顾客第n次摸球抽中奖品的概率为.
    (1)求的值,并探究数列的通项公式;
    (2)求该顾客第几次摸球抽中奖品的概率最大,请给出证明过程.
    【答案】(1),
    (2)第二次,证明见解析
    【分析】(1)根据全概率公式即可求解,利用抽奖规则,结合全概率公式即可由等比数列的定义求解,
    (2)根据,即可对分奇偶性求解.
    【详解】(1)记该顾客第次摸球抽中奖品为事件A,依题意,,

    因为,,,
    所以,
    所以,
    所以,
    又因为,则,
    所以数列是首项为,公比为的等比数列,
    故.
    (2)证明:当n为奇数时,,
    当n为偶数时,,则随着n的增大而减小,
    所以,.
    综上,该顾客第二次摸球抽中奖品的概率最大.
    【变式1-1】1. (2023秋·浙江·高三校联考阶段练习)杭州亚运会定于2023年9月23日至10月8日举行.在此期间,参加亚运会的运动员可以在亚运村免费食宿.亚运村的某餐厅从第一天起到最后一天,晩餐只推出“中式套餐”和“西式套謷”.已知某运动员每天晚餐会在该食堂提供的这两种套餐中选择.已知他第一晚选择“中式套餐”的概率为,而前一晚选择了“中式套餐”,后一晚继续选择“中式套餐”的概率为,前一晚选择“西式套餐”,后一晚继续选择“西式套餐”的概率为,如此往复.
    (1)求该运动员第二晚“中式套餐”套餐的概率;
    (2)记该运动员第晚选择“中式套餐”的概率为
    (i)求;
    (ii)求该运动员在这16晚中选择“中式套餐”的概率大于“西式套餐”概率的晚数.
    【答案】(1)
    (2)(i);(ii)2晩
    【分析】(1)分类两种情况讨论:第一晚选择“中式套餐”的概率为,则第二晚“中式套餐”套餐的概率为;第一晚选择“西式套餐”的概率为,则第二晚“中式套餐”套餐的概率为,进而得到结果;
    (2)(i)先求出与之间的递推关系,根据等比数列的知识求解出;
    (ii)由选择“中式套餐”的概率大于“西式套餐”概率可知,从而解得的范围,进而得出结果.
    【详解】(1)解:记该运动员第二晚“中式套餐”套餐的概率,
    由题意知:;
    (2)该运动员第晚选择“中式套餐”的概率为,
    (i),
    ∴,
    又∵,∴,
    ∴数列是以为首项,以为公比的等比数列.
    ∴;
    (ii)由题意知,只需 即,
    ,即,
    显然必为奇数,偶数不成立,
    故当,3,5,…,15时,有即可.
    当时,,显然成立;
    当时,,
    因为,
    故当时,成立;
    当时,与比较大小,

    所以当时,不成立.
    又因为单调递减,所以时不成立.
    综上,只有2晩.
    【变式1-1】2. (2023秋·江苏常州·高三常州高级中学校考开学考试)某校为了增强学生的安全意识,组织学生参加安全知识答题竞赛,每位参赛学生可答题若干次,答题赋分方法如下:第一次答题,答对得2分,答错得1分;从第二次答题开始,答对则获得上一次答题得分的两倍,答错得1分.学生甲参加这次答题竞赛,每次答对的概率为,且每次答题结果互不影响.
    (1)求学生甲前三次答题得分之和为4分的概率;
    (2)设学生甲第次答题所得分数的数学期望为.
    (ⅰ)求,,;
    (ⅱ)直接写出与满足的等量关系式(不必证明);
    (ⅲ)根据(ⅱ)的等量关系求表达式,并求满足的的最小值.
    【答案】(1);
    (2)(ⅰ),,;(ⅱ),,;(ⅲ),最小值是6.
    【分析】(1)根据给定条件,分析甲前三次答题得分之和为4分的事件,再利用独立重复试验的概率公式计算作答.
    (2)(ⅰ)依次求出得分分别为的可能值及对应的概率,再利用期望的定义求解即可;(ⅱ)分析(ⅰ)的结论,探求与的关系即可作答;(ⅲ)由(ⅱ)的递推公式,求出,再解不等式作答.
    【详解】(1)学生甲前三次答题得分之和为4分的事件,即为学生甲前三次答题中仅只答对一次的事件,
    设“学生甲前三次答题得分之和为4分”为事件,所以.
    (2)(ⅰ)学生甲第1次答题得2分、1分的概率分别为,,所以;
    甲第2次答题得4分、2分、1分的概率分别为,,,所以;
    甲第3次答题得8分、4分、2分、1分的概率分别为,,,,
    所以.
    (ⅱ)由(ⅰ)知,,,
    当时,甲第次答题所得分数的期望为,
    则第次答对题所得分数,答错题所得分数为1,其概率分别为,,
    于是甲第次答题所得分数的期望为,
    即,,.
    (ⅲ)由(ⅰ)知,由(ⅱ)知,,,
    因此,即数列以为首项,为公比的等比数列,
    则,即.
    由,得,整理得,而,,因此,
    所以的最小值是6.
    【变式1-1】3. (2023·全国·高三专题练习)2021年奥运会我国射击项目收获丰盛,在我国射击也是一项历史悠久的运动.某射击运动爱好者甲来到靶场练习.若某种型号的枪支弹巢中一共可装填6发子弹,现有一枪支其中有发为实弹,其余均为空包弹,现规定:每次射击后,都需要在下一次射击之前填充一发空包弹,假设每次射击相互独立且均随机,在进行次射击后,记弹巢中空包弹的发数为,
    (1)当时,请直接写出数学期望与的关系;
    (2)求出关于的表达式.
    【答案】(1)
    (2)
    【分析】(1)分第次射出空包弹和第次射出实弹两种类型,根据相互独立事件的概率关系,得到数学期望的递推关系;
    (2)由数学期望的递推关系,通过构造等比数列,求出通项.
    【详解】(1)第次射击后,包含两种情况:第次射出空包弹和第次射出实弹,
    第次射击前,剩余空包弹的期望是,
    若第次射出空包弹,则此时对应的概率为,因为射击后要填充一发空包弹,则此时空包弹的数量为,
    若第次射出实弹,则此时对应的概率为,此时空包弹的数量为,
    所以.
    (2)当时,弹巢中有发空包弹,即,
    由,得,
    当时,数列是首项为,公比为的等比数列,
    因此,而当时,满足上式,
    所以.
    【变式1-1】4(2023秋·安徽合肥·高三合肥一中校联考开学考试)为纪念中国共产党成立102周年,学校某班组织开展了“学党史,忆初心”党史知识竞赛活动,抽取四位同学,分成甲、乙两组,每组两人,进行对战答题.规则如下:每次每位同学给出6道题目,其中有一道是送分题(即每位同学至少答对1题).若每次每组答对的题数之和为3的倍数,原答题组的人再继续答题;若答对的题数之和不是3的倍数,就由对方组接着答题.假设每位同学每次答题之间相互独立.求:
    (1)若第一次由甲、乙组答题是等可能的,求第2次由乙组答题的概率;
    (2)若第一次由甲组答题,记第次由甲组答题的概率为,求.
    【答案】(1)
    (2)
    【分析】(1)根据已知条件,利用古典概型概率公式求出原答题组继续答题的概率和由对方组答题的概率,再利用互斥事件概率加法和独立事件乘法概率公式求解即可;
    (2)先求出概率关系,构造等比数列,利用等比数列通项公式求解即可.
    【详解】(1)设第1次由甲组答题记作事件A,第1次由乙组答题记作事件,
    第2次由乙组答题记作事件B,因为答对的题数之和为3的倍数分别为,,,,,,,所以答对的题数之和为3的倍数的概率为,
    所以答对的题数之和不是3的倍数的概率为,
    则;
    (2)第次由甲组答题,是第次由甲组答题第次继续由甲组答题的事件与第次由乙组答题第次继续由甲组答题的事件和,它们互斥,
    又各次答题相互独立,所以第次由甲组答题,第次继续由甲组答题的概率为,
    第次由乙组答题,第次继续由甲组答题的概率为,
    因此,则,
    因为第一次由甲组答题,则,所以是首项为,公比为的等比数列,
    所以,即
    【变式1-1】5.(2023秋·湖南湘潭·高三湘钢一中校考开学考试)新宁崀山景区是世界自然遗产、国家5A级景区,其中“八角寨”景区和“天下第一巷”景区是新宁崀山景区的两张名片.为了合理配置旅游资源,现对已游览“八角寨”景区且尚未游览“天下第一巷”景区的游客进行随机调查,若不游览“天下第一巷”景区记2分,若继续游览“天下第一巷”景区记4分,假设每位游客选择游览“天下第一巷”景区的概率均为,游客之间选择意愿相互独立.
    (1)从游客中随机抽取2人,记总得分为随机变量,求的数学期望;
    (2)(i)记表示“从游客中随机抽取人,总分恰为分”的概率,求的前4项和;
    (ii)在对游客进行随机问卷调查中,记表示“已调查过的累计得分恰为分”的概率,探求与的关系,并求数列的通项公式.
    【答案】(1)
    (2)(i);(ii),
    【分析】(1)写出随机变量的所有可能取值,求出对应概率,再根据期望公式求解即可;
    (2)(i)根据题意可得“总分恰为分”的概率为,再根据等比数列前项和公式求解即可;
    (ii)方法一:“已调查过的累计得分恰为分”的概率为,得不到分的情况只有先得分,再得4分,概率为,则,再利用构造法求解即可.
    方法二:得分分可以先得分,再得2分,也可以先得分,再得4分,“已调查过的累计得分恰为分”的概率为,则“得分的概率为”,“得分”的概率为,根据题意可出的关系,再利用构造法求解即可.
    【详解】(1)可能取值为,



    的数学期望;
    (2)(i)“总分恰为分”的概率为,
    数列是以首项为,公比为的等比数列,记前项和为,
    则前4项和;
    (ii)方法一:“已调查过的累计得分恰为分”的概率为,
    得不到分的情况只有先得分,再得4分,概率为,
    所以,即,

    ∴数列是以为首项,为公比的等比数列,

    方法二:得分分可以先得分,再得2分,也可以先得分,再得4分,
    “已调查过的累计得分恰为分”的概率为,则“得分”的概率为,“得分”的概率为,
    所以,
    由,得,


    (后面同方法一)
    另解:由,得,

    .

    .
    【变式1-1】6.(2023·全国·高三专题练习)如图,作一个白色的正三角形,第一次操作为:挖去正三角形的“中心三角形”(即以原三角形各边中点为顶点的三角形),这样就得到了三个更小的白色三角形;第二次操作为:挖去第一次操作后得到的所有白色三角形的“中心三角形”;以此类推,第次操作为:挖去第次操作后得到的所有白色三角形的“中心三角形”,得到一系列更小的白色三角形.这些白色三角形构成的图案在“分形几何学”中被称为“谢宾斯基三角形”,记第次操作后,“谢宾斯基三角形”所包含的白色小三角形的数目为,“谢宾斯基三角形”的面积(所有白色小三角形的面积和)为,周长(所有白色小三角形的周长和)为.

    (1)求数列的通项公式;
    (2)若最初的白色正三角形的周长为1,求数列和的通项公式.
    【答案】(1)
    (2),
    【分析】根据每个图形的变化规律找出白色三角形的个数变化规律,周长,面积的变化情况,归纳得到各个数列的通项公式.
    【详解】(1)依题意,被挖去“中心三角形”后,白色三角形的个数由个变成个,
    因此每一次操作,白色三角形的个数都会变为操作前的倍,
    即,又,所以数列是首项为公比为的等比数列,
    因此的通项公式为.
    (2)同样地,被挖去“中心三角形”后,因为白色小三角形之间不共边,
    所以白色三角形的总周长变为操作前的倍,总面积则变为操作前的倍,
    即,.
    依题意,,.
    所以数列的通项公式为,
    数列的通项公式为.
    【变式1-1】7.(2023·全国·高三专题练习)某地区2020年底有居民住房面积为a,现在居民住房划分为三类,其中危旧住房占,新型住房占.为加快住房建设,计划用10年的时间全部拆除危旧住房(每年拆除的数量相同),自2021年起居民住房只建设新型住房.从2021年开始每年年底的新型住房面积都比上一年底增加,用表示第n年底(2021年为第一年)该地区的居民住房总面积.
    (1)分别写出,,的计算公式并归纳出的计算公式(不必证明).
    (2)危旧住房全部拆除后,至少再过多少年才能使该地区居民住房总面积翻两番?(精确到年,,,)
    【答案】(1),,详见解析,
    (2)年
    【分析】(1)根据已知条件求得,,的计算公式,进而归纳出的计算公式.
    (2)由,解不等式求得需要的时间.
    【详解】(1)其他形式住房,
    每年拆除危旧住房面积为,
    则,


    一般地,,

    则.
    (2)当时,令,
    即,两边取常用对数得,
    即,
    故取,即至少再过年才能是居民住房总面积翻两番.
    【变式1-1】8.(2023秋·上海宝山·高三上海交大附中校考阶段练习)某工厂在2020年的“减员增效”中对部分人员实行分流,规定分流人员第一年可以到原单位领取工资的100%,从第二年起,以后每年只能在原单位按上一年工资的领取工资.该厂根据分流人员的技术特长,计划创办新的经济实体,该经济实体预计第一年属投资阶段,第二年每人可获得b元收入,从第三年起每人每年的收入可在上一年的基础上递增50%,如果某人分流前工资收入为每年a元,分流后进入新经济实体,第n年的收入为元.
    (1)求的通项公式.
    (2)当时,这个人哪一年的收入最少?最少为多少?
    (3)当时,是否一定可以保证这个人分流一年后的收入永远超过分流前的年收入?
    【答案】(1)
    (2)这个人第三年的收入最少,为元
    (3)当时,这个人分流一年后的收入永远超过分流前的年收入
    【分析】(1)根据题意得到时,,进而得到数列的通项公式;
    (2)由时,,结合基本不等式,即可求解;
    (3)由时,,结合基本不等式的等号成立的条件,即可得到结论.
    【详解】(1)解:由题意得,当时,,
    当时,,
    所以
    (2)解:由,当时,,
    当且仅当,上式的等号成立,即,解得,
    所以这个人第三年的收入最少,最小值为元.
    (3)解:当时,

    当且仅当且,上式等号成立,
    因此,等号不能取到,
    当时,这个人分流一年后的收入永远超过分流前的年收入.
    题型2证明等比数列型
    【例题2】(2023秋·广东佛山·高三校考阶段练习)某商场为促销设计了一项回馈客户的抽奖活动,抽奖规则是:有放回的从装有大小相同的6个红球和4个黑球的袋中任意抽取一个,若第一次抽到红球则奖励50元的奖券,抽到黑球则奖励25元的奖券;第二次开始,每一次抽到红球则奖券数额是上一次奖券数额的2倍,抽到黑球则奖励25元的奖券,记顾客甲第n次抽奖所得的奖券数额的数学期望为.
    (1)求及的分布列.
    (2)写出与的递推关系式,并证明为等比数列;
    (3)若顾客甲一共有6次抽奖机会,求该顾客所得的所有奖券数额的期望值.(考数据:)
    【答案】(1),分布列见解析;
    (2),证明见解析;
    (3)所得奖券数额的期望约为593.7元.
    【分析】(1)利用古典概型求出抽到红球、黑球的概率,求出,再求出的可能值及对应概率列出分布列.
    (2)分析求出递推关系,利用构造法证明即可.
    (3)由(2)的结论,利用分组求和及等比数列前n项和公式求解即得.
    【详解】(1)依题意,抽到一个红球的概率为,抽到一个黑球的概率为0.4,
    显然的值为25,50,则,
    所以,
    又的值为,
    则,
    所以的分布列为:
    (2)依题意,当时,甲第n次抽到红球所得的奖券数额为,对应概率为,
    抽到黑球所得的奖券数额为25元,对应概率为,
    因此当时,,
    ,即,又,
    数列为等比数列,公比为1.2,首项为90.
    (3)由(2)得,,即,
    所以顾客甲抽奖6次,所得奖券数额的期望为(元).
    【点睛】思路点睛:求离散型随机变量的分布列及期望的一般步骤:(1)根据题中条件确定随机变量的可能取值;(2)求出随机变量所有可能取值对应的概率,即可得出分布列;(3)根据期望的概念,结合分布列,即可得出期望(在计算时,要注意随机变量是否服从特殊的分布,如超几何分布或二项分布等,可结合其对应的概率计算公式及期望计算公式,简化计算).
    【变式2-1】1. (2024秋·广东广州·高三统考阶段练习)某商场拟在周末进行促销活动,为吸引消费者,特别推出“玩游戏,送礼券”的活动,游戏规则如下:该游戏进行10轮,若在10轮游戏中,参与者获胜5次就送2000元礼券,并且游戏结束:否则继续游戏,直至10轮结束.已知该游戏第一次获胜的概率是,若上一次获胜则下一次获胜的概率也是,若上一次失败则下一次成功的概率是.记消费者甲第次获胜的概率为,数列的前项和,且的实际意义为前次游戏中平均获胜的次数.
    (1)求消费者甲第2次获胜的概率;
    (2)证明:为等比数列;并估计要获得礼券,平均至少要玩几轮游戏才可能获奖.
    【答案】(1)
    (2)详见解析
    【分析】(1)应用全概率公式计算可得出;
    (2)计算得出,结合等比数列的定义可证得结论成立;再结合分组求和计算判断最少轮数即可.
    【详解】(1)
    (2)
    ,
    ,
    ,
    为等比数列, 且公比为;.
    ,
    因为单调递增,
    当n为奇数时, ,所以得获奖至少要玩9轮.
    当n为偶数时, ,得奖至少要玩10轮,
    所以平均至少要玩9轮才可能获奖.
    【变式2-1】2. (2023秋·辽宁·高三校联考开学考试)踢毽子在我国流传很广,有着悠久的历史,是一项传统民间体育活动.某次体育课上,甲、乙、1丙、丁四人一起踢毽子.毽子在四人中传递,先从甲开始,甲传给乙、丙、丁的概率均为;当乙接到毽子时,乙传给甲、丙、丁的概率分别为,,;当丙接到毽子时,丙传给甲、乙、丁的概率分别为,,;当丁接到毽子时,丁传给甲、乙、丙的概率分别为,,.假设毽子一直没有掉地上,经过次传毽子后,毽子被甲、乙、丙、丁接到的概率分别为,,,,已知.
    (1)记丁在前2次传毽子中,接到毽子的次数为,求的分布列;
    (2)证明为等比数列,并判断经过150次传毽子后甲接到毽子的概率与的大小.
    【答案】(1)分布列见解析
    (2)证明见解析,经过150次传毽子后甲接到毽子的概率大于
    【分析】(1)根据相互独立事件概率计算求得的分布列.
    (2)利用凑配法证得是等比数列,从而求得,进而判断出
    【详解】(1)的所有可能取值为0,1,


    所以的分布列为
    (2)当时,.
    当时,,,,
    所以,
    因为,所以,
    所以,所以,
    因为,,所以,所以.
    所以是首项为,公比的等比数列,
    所以,即,
    所以,
    故经过150次传毽子后甲接到毽子的概率大于.
    【变式2-1】3. (2023·全国·高三专题练习)某几位大学生自主创业创办了一个服务公司提供、两种民生消费产品(人们购买时每次只买其中一种)服务,他们经过统计分析发现:第一次购买产品的人购买的概率为、购买的概率为,而前一次购买产品的人下一次来购买产品的概率为、购买产品的概率为,前一次购买产品的人下一次来购买产品的概率为、购买产品的概率也是,如此往复.记某人第次来购买产品的概率为.
    (1)求,并证明数列是等比数列;
    (2)经过一段时间的经营每天来购买产品的人稳定在800人,假定这800人都已购买过很多次该两款产品,那么公司每天应至少准备、产品各多少份.(直接写结论、不必说明理由).
    【答案】(1),证明见解析
    (2)公司每天应至少准备A产品320份、B产品480份
    【分析】(1)依题意有,,变形为,可证是等比数列.
    (2)由题意可得第次来购买产品的概率约为,可求两种产品的份数.
    【详解】(1).
    依题意,知,则 ,
    当时,可得,
    ∴数列是首项为公比为的等比数列.
    (2)由(1)知:,
    ∴当趋于无穷大时,,即第次来购买产品的概率约为,
    ,,
    故公司每天应至少准备产品320份、产品480份.
    【变式2-1】4. (2023·全国·高三专题练习)为了治疗某种疾病,研制了甲、乙两种新药,希望知道哪种新药更有效,为此进行动物试验.试验方案如下:每一轮选取两只白鼠对药效进行对比试验.对于两只白鼠,随机选一只施以甲药,另一只施以乙药.一轮的治疗结果得出后,再安排下一轮试验.当其中一种药治愈的白鼠比另一种药治愈的白鼠多4只时,就停止试验,并认为治愈只数多的药更有效.为了方便描述问题,约定:对于每轮试验,若施以甲药的白鼠治愈且施以乙药的白鼠未治愈则甲药得1分,乙药得分;若施以乙药的白鼠治愈且施以甲药的白鼠未治愈则乙药得1分,甲药得分;若都治愈或都未治愈则两种药均得0分.甲、乙两种药的治愈率分别记为α和β,一轮试验中甲药的得分记为X.
    (1)求的分布列;
    (2)若甲药、乙药在试验开始时都赋予4分,表示“甲药的累计得分为i时,最终认为甲药比乙药更有效”的概率,则,,,其中,,.假设,.
    (i)证明:为等比数列;
    (ii)求,并根据的值解释这种试验方案的合理性.
    【答案】(1)分布列见解析
    (2)(i)证明见解析(ii),答案见解析
    【详解】(1)由题意可知X所有可能的取值为:-1,0,1,
    P(X=-1)=(1-); P(X=0)= P(X=-1)= +(1-); P(X=1)=
    则X的分布列如下:
    (2) , =0.8,
    ,,.
    (i),
    即,
    整理可得: ,
    是以为首项,为公比的等比数列.
    (ii)由(i)知:,
    ,,……,,
    作和可得:


    P4表示最终认为甲药更有效的.由计算结果可以看出,在甲药治愈率为0.5,乙药治愈率为0.8时,认为甲药更有效的概率为P4=,此时得出错误结论的概率非常小,说明这种实验方案合理.
    【变式2-1】5.(2023秋·江苏南京·高三南京市第九中学校考阶段练习)足球是一项大众喜爱的运动.
    (1)为了解喜爱足球运动是否与性别有关,随机抽取了男性和女性各名观众进行调查,得到下侧列联表,判断是否有99.9%的把握认为喜爱足球运动与性别有关.
    附:χ2=, n=a+b+c+d.
    (2)校足球队中的甲、乙、丙三名球员将进行传球训练,第次由甲将球传出,每次传球时,传球者都等可能的将球传给另外两个人中的任何一人,如此不停地传下去,且假定每次传球都能被接到.记开始传球的人为第次触球者,第次触球者是甲的概率记为,即.
    ①求直接写出结果即可;
    ②证明:数列为等比数列,并比较第次与第次触球者是甲的概率的大小.
    【答案】(1)喜爱足球运动与性别有关;
    (2)①;②证明见解析;第9次触球者是甲的概率大.
    【分析】(1)计算出卡方,与10.828比较得到结论;
    (2)①根据传球的等可能性推出,②推导出,构造出等比数列,求出,得到,比较出大小.
    【详解】(1)假设:喜爱足球运动与性别独立,即喜爱足球运动与性别无关.
    根据列联表数据,经计算得

    根据小概率值的独立性检验,我们推断不成立,
    即有99.9%的把握认为喜爱足球运动与性别有关.
    (2)①由题意得:第二次触球者为乙,丙中的一个,第二次触球者传给包括甲的二人中的一人,故传给甲的概率为,故.
    ②第次触球者是甲的概率记为,则当时,第次触球者是甲的概率为,
    第次触球者不是甲的概率为,
    则,
    从而,又,
    是以为首项,公比为的等比数列,
    ∴,
    ∴,,,
    故第9次触球者是甲的概率大.
    【变式2-1】6.(2023秋·湖北武汉·高三武汉市第四十九中学校考阶段练习)甲、乙两人进行象棋比赛,赛前每人发3枚筹码.一局后负的一方,需将自己的一枚筹码给对方;若平局,双方的筹码不动,当一方无筹码时,比赛结束,另一方最终获胜.由以往两人的比赛结果可知,在一局中甲胜的概率为0.3、乙胜的概率为0.2.
    (1)第一局比赛后,甲的筹码个数记为,求的分布列和期望;
    (2)求四局比赛后,比赛结束的概率;
    (3)若表示“在甲所得筹码为枚时,最终甲获胜的概率”,则.证明:为等比数列.
    【答案】(1)分布列见解析,.
    (2)
    (3)证明见解析
    【分析】(1)求出的所有可能取值以及取值的概率,可得分布列,由期望公式可求出期望;
    (2)根据互斥事件的加法公式和独立事件的乘法公式可得结果;
    (3)根据全概率公式和等比数列的定义可证.
    【详解】(1)的所有可能取值为,
    ,,,
    则的分布列为:
    .
    (2)当四局比赛后,比赛结束且甲胜时,第四局比赛甲胜,前三局比赛甲2胜1和,
    其概率为: .
    当四局比赛后,比赛结束且乙胜时,第四局比赛乙胜,前三局比赛乙2胜1和,
    其概率为: ,
    所以四局比赛后,比赛结束的概率为.
    (3)因为 表示“在甲所得筹码为枚时,最终甲获胜的概率”,,
    在甲所得筹码为枚时,下局甲胜且最终甲获胜的概率为,
    在甲所得筹码为枚时,下局平局且最终甲获胜的概率为,
    在甲所得筹码为枚时,下局乙胜且最终甲获胜的概率为,
    根据全概率公式得,
    所以,变形得,因为,
    所以,同理可得,
    所以为等比数列.
    【点睛】关键点点睛:第(3)问中,正确理解题意,利用全概率公式得到数列中相邻三项之间的关系是解题关键.
    【变式2-1】7.(2023·全国·高三专题练习)甲、乙两个容器中分别盛有浓度为10%,20%的某种溶液500ml,同时从甲、乙两个容器中取出100ml溶液,将其倒入对方的容器并搅匀,这称为一次调和.记,,经次调和后,甲、乙两个容器的溶液浓度分别为,.
    (1)试用,表示,.
    (2)证明:数列是等比数列,并求出,的通项.
    【答案】(1),.
    (2)证明见解析,,.
    【分析】(1)根据题意,得到,,即可求解;
    (2)由(1)得到可得,得出数列是等比数列,结合等比数列的通项公式,即可求解.
    【详解】(1)解:由题意,经次调和后甲、乙两个容器中的溶液浓度分别为,
    所以,.
    (2)解:由(1)知,,,
    可得,
    所以数列是等比数列,
    因为%,所以 ①,
    又因为 ②.
    联立①②得,.
    【变式2-1】8.(2023·全国·高三专题练习)一种掷骰子走跳棋的游戏:棋盘上标有第站、第站、第站、、第站,共站,设棋子跳到第站的概率为,一枚棋子开始在第站,棋手每掷一次骰子,棋子向前跳动一次.若掷出奇数点,棋子向前跳一站;若掷出偶数点,棋子向前跳两站,直到棋子跳到第站(获胜)或第站(失败)时,游戏结束(骰子是用一种均匀材料做成的立方体形状的游戏玩具,它的六个面分别标有点数、、、、、).
    (1)求、、,并根据棋子跳到第站的情况,试用和表示;
    (2)求证:为等比数列;
    (3)求玩该游戏获胜的概率.
    【答案】(1);; ;,
    (2)证明见解析
    (3)
    【分析】(1)根据题意可直接求得、、,然后讨论棋子跳到第站,所包括两种情形,可得出关于和的表达式;
    (2)计算得出,结合等比数列的定义可证得结论成立;
    (3)求得,利用累加法可求得,即可得解.
    【详解】(1)棋子开始在第站是必然事件,∴,
    棋子跳到第站,只有一种情形,第一次掷骰子出现奇数点,
    其概率为,∴;
    棋子跳到第站,包括两种情形,
    ①第一次掷骰子出现偶数点,其概率为;
    ②前两次掷骰子都出现奇数点,其概率为,
    ∴;
    棋子跳到第站,包括两种情形,
    ①棋子先跳到第站,又掷骰子出现偶数点,其概率为;
    ②棋子先跳到第站,又掷骰子出现奇数点,其概率为,
    故,
    棋子跳到站只有一种情况,
    棋子先跳到第站,又掷骰子出现偶数点,其概率为,∴.
    (2)证明:由(1)可得且,
    ∴数列为等比数列,且公比为.
    (3)由(2)可知,


    ∴玩该游戏获胜的概率为.
    【变式2-1】9.(2023·全国·高三专题练习)数学的发展推动着科技的进步,正是基于线性代数、群论等数学知识的极化码原理的应用,华为的5G技术领先世界.目前某区域市场中5G智能终端产品的制造由A公司及B公司提供技术支持.据市场调研预测,5G商用初期,该区域市场中采用A公司与B公司技术的智能终端产品分别占比及,假设两家公司的技术更新周期一致,且随着技术优势的体现每次技术更新后,上一周期采用B公司技术的产品中有20%转而采用A公司技术,采用A公司技术的仅有5%转而采用B公司技术,设第n次技术更新后,该区域市场中采用A公司与B公司技术的智能终端产品占比分别为及,不考虑其它因素的影响.
    (1)用表示,并求实数,使是等比数列;
    (2)经过若干次技术更新后,该区域市场采用A公司技术的智能终端产品占比能否达到75%以上?若能,至少需要经过几次技术更新;若不能,说明理由?(参考数据:)
    【答案】(1),
    (2)至少经过6次技术更新,该区域市场采用A公司技术的智能终端产品占比能达到75%以上
    【分析】(1)根据题意经过次技术更新后,由已知条件推导数列的递推关系,通过整理得到,结合数列是等比数列,求的值;
    (2)由(1)求出数列的通项公式,再解不等式,即可求出答案.
    【详解】(1)由题意,可设5G商用初期,该区域市场中采用A公司与B公司技术的智能终端产品的占比分别为.
    易知经过次技术更新后,
    则,即,
    由题意,可设,∴,
    又,
    从而当时,是以为首项,为公比的等比数列.
    (2)由(1)可知,,又,则,
    ∴经过次技术更新后,该区域市场采用A公司技术的智能终端产品占比.
    由题意,令,得,
    则 ,
    故,即至少经过6次技术更新,该区域市场采用A公司技术的智能终端产品占比能达到75%以上.
    题型3求和型
    【例题3】(2023·全国·高三专题练习)银行按规定每经过一定的时间结算存(贷)款的利息一次,结算后将利息并入本金,这种计算利息的方法叫做复利.现在某企业进行技术改造,有两种方案:
    甲方案:一次性贷款10万元,第一年可获得利润1万元,以后每年比上年增加的利润;
    乙方案:每年货款1万元,第一年可获得利润1万元,以后每年比前一年多获利5000元.
    两种方案的期限都是10年,到期一次性归还本息.若银行贷款利息均以年息的复利计算,试问该企业采用哪种方案获得利润更多?(参考数据:,,计算结果精确到千元.)
    【答案】甲方案的获利较多.
    【分析】由题意可知,甲方案中增长利率是定值,所以每年利润数是以1为首项,以1.3为公比的等比数列,再由等比数列的前项和公式求出10年利润总数;乙方案中每年增长的利润是一定值,所以每年利润数是以1为首项,以0.5为公差的等差数列,再由等差数列的前项和公式求出10年利润总数,然后比较两种情况的数值即可.
    【详解】由题意可知,甲方案中增长利率是定值,
    所以每年利润数是以1为首项,以1.3为公比的等比数列,
    所以甲方案10年获利润是每年利润数组成的数列的前10项的和:
    (万元).
    到期时银行的本息和为(万元).
    所以甲方案扣除本息后的净获利为(万元).
    乙方案中每年增长的利润是一定值,
    所以每年利润数是以1为首项,以0.5为公差的等差数列.
    前10年共获利:
    (万元).
    贷款的本利和为:
    (万元).
    所以乙方案扣除本息后的净获利为(万元).
    所以甲方案的获利较多.
    【变式3-1】1.(2023秋·吉林长春·高三校考阶段练习)习主席说:“绿水青山就是金山银山”.某地响应号召,投入资金进行生态环境建设,并以此发展旅游产业,根据规划,2018年投入1000万元,以后每年投入将比上一年减少,本年度当地旅游业收入估计为500万元,由于该项建设对旅游业的促进作用,预计今后的旅游业收入每年会比上一年增加.
    (1)设n年内(2018年为第一年)总投入为万元,旅游业总收入为万元,写出,的表达式;
    (2)至少到哪一年,旅游业的总收入才能超过总投入?
    (参考数据:,,)
    【答案】(1);
    (2)至少到2022年旅游业的总收入才能超过总投入
    【分析】(1)根据题意可知年投入和年收入分别成等比数列,由等比数列的前项和公式即可求得,的表达式;
    (2)利用作差法可令,化简解不等式即可得,解出符合题意,即可得出结论.
    【详解】(1)2018年投入为1000万元,第n年投入为万元,
    根据题意可知,年投入是以1000万元为首项,公比为的等比数列;
    由等比数列前项和可知n年内的总投入为

    2018年收入为500万元,第n年收入为万元.
    即年收入是以500万元为首项,公比为的等比数列
    所以n年内的总收入为
    (2)设经过n()年旅游业的总收入才能超过总投入,由此,

    化简得,
    设,代入上式得,
    解此不等式可得或(舍去).
    即,即 ,所以,
    又,得.
    所以至少到2022年旅游业的总收入才能超过总投入.
    【变式3-1】2.(2023·全国·高三专题练习)小明参加一项答题活动,需进行两轮答题,每轮均有道题.第一轮每道题都要作答;第二轮按次序作答,每答对一题继续答下一题,一旦答错或题目答完则结束答题.第一轮每道题答对得5分,否则得0分;第二轮每道题答对得20分,否则得0分.无论之前答题情况如何,小明第一轮每题答对的概率均为,第二轮每题答对的概率均为.设小明第一轮答题的总得分为,第二轮答题的总得分为.
    (1)若,求;
    (2)证明:当时,.
    【答案】(1)
    (2)证明见解析
    【分析】(1)设小明第一轮答对的题数为,则,从而求出,再根据求出;
    (2)设小明第二轮答对的题数为,求出的可能取值及可能取值,得到,利用错位相减法求和,再根据求出,从而比较出当时,.
    【详解】(1)设小明第一轮答对的题数为,
    由条件可知,则,
    因为,所以,
    因此,当时,.
    (2)设小明第二轮答对的题数为,则的所有可能取值为0,1,2,…,n,
    且,,,…,
    ,.
    所以,①
    ,②
    ①-②得,
    所以 .
    因为,所以.
    当时,,,
    即得证.
    【变式3-1】3. (2023秋·江西·高三校联考阶段练习)甲同学现参加一项答题活动,其每轮答题答对的概率均为,且每轮答题结果相互独立.若每轮答题答对得5分,答错得0分,记第轮答题后甲同学的总得分为,其中.
    (1)求;
    (2)若乙同学也参加该答题活动,其每轮答题答对的概率均为,并选择另一种答题方式答题:从第1轮答题开始,若本轮答对,则得20分,并继续答题;若本轮答错,则得0分,并终止答题,记乙同学的总得分为.证明:当时,.
    【答案】(1)165
    (2)证明见解析
    【分析】(1)根据二项分布的数学期望公式进行求解即可;
    (2)根据积事件的概率公式,结合错位相减法进行求解即可.
    【详解】(1)设,故,
    ∴,
    故;
    (2)由(1)知,记乙同学的答题次数为,且的所有可能取值为,
    且,
    ∴,
    且,

    ∴当时,.
    【变式3-1】4. (2023·全国·高三专题练习)某闯关游戏由两道关卡组成,现有名选手依次闯关,每位选手成功闯过第一关和第二关的概率均为,两道关卡能否过关相互独立,每位选手的闯关过程相互独立,具体规则如下:
    ①每位选手先闯第一关,第一关闯关成功才有机会闯第二关.
    ②闯关选手依次挑战.第一位闯关选手开始第一轮挑战.若第位选手在10分钟内未闯过第一关,则认为第轮闯关失败,由第位选手继续挑战.
    ③若第位选手在10分钟内闯过第一关,则该选手可继续闯第二关.若该选手在10分钟内未闯过第二关,则也认为第轮闯关失败,由第位选手继续挑战.
    ④闯关进行到第轮,则不管第位选手闯过第几关,下一轮都不再安排选手闯关.令随机变量表示名挑战者在第轮结束闯关.
    (1)求随机变量的分布列;
    (2)若把闯关规则①去掉,换成规则⑤:闯关的选手先闯第一关,若有选手在10分钟内闯过第一关,以后闯关的选手不再闯第一关,直接从第二关开始闯关.令随机变量表示名挑战者在第轮结束闯关.
    (i)求随机变量的分布列
    (ii)证明.
    【答案】(1)分布列见解析
    (2)(i)分布列见解析(ii)证明见解析
    【分析】(1)求出随机变量的取值,求出对应的概率即可列出分布列;
    (2)(i)求出随机变量的取值,求出的概率即可列出分布列;
    (ii)求出,先判断单调性,然后利用错位相减法和不等式放缩证明.
    【详解】(1)由题意,每位选手成功闯过两关的概率为,易知取1,2,3,4,则,,,,
    因此的分布列为
    (2)(i)时,第人必答对第二题,
    若前面人都没有一人答对第一题,其概率为,
    若前面人有一人答对第一题,其概率为,
    故.
    当时,
    若前面人都没有一人答对第一题,其概率为,
    若前面人有一人答对第一题,其概率为,
    故.
    的分布列为:
    (ii)由(i)知.

    故,
    又,
    故,
    所以,①
    ,②
    ②-①,
    故.
    【点睛】方法点睛:求离散型随机变量的分布列及期望的一般步骤:
    (1)根据题中条件确定随机变量的可能取值;
    (2)求出随机变量所有可能取值对应的概率,即可得出分布列;
    (3)根据期望的概念,结合分布列,即可得出期望.
    (在计算时,要注意随机变量是否服从特殊的分布,如超几何分布或二项分布等,
    可结合其对应的概率计算公式及期望计算公式,简化计算).
    【变式3-1】5.(2023秋·湖南长沙·高三长沙市南雅中学校考开学考试)航天事业是国家综合国力的重要标志,带动着一批新兴产业和新兴学科的发展.某市为了激发学生对航天科技的兴趣,点燃学生的航天梦,现组织该市全体学生参加航天创新知识竞赛,并随机抽取1000名学生作为样本,研究其竞赛成绩.经统计分析该市高中生竞赛成绩近似地服从正态分布,其中近似为样本平均数,近似为样本方差,并已求得和.
    (1)若该市有4万名高中生,试估计这些高中生中竞赛成绩位于区间的人数;
    (2)若规定成绩在85.2以上的学生等级为优秀,现从全市高中生中任意抽取一个进行访谈,如果取到学生等级不是优秀,则继续抽取下一个,直至取到等级为优秀的学生为止,但抽取的总次数不超过.如果抽取次数的期望值不超过6,求的最大值.
    (附:,,,,,若,则,)
    【答案】(1)
    (2)6
    【分析】(1)根据题意结合正态分布可得,再结合二项分布运算求解;
    (2)根据题意求分布列,根据期望公式结合错位相减法求得,根据题中数据和单调性分析求解.
    【详解】(1)由题意,全市高中生航天创新知识竞赛成绩X近似服从正态分布,
    则,,即,,
    且,
    即,
    设该市4万名高中生中航天创新知识竞赛成绩位于区间的人数为,
    则,可得,
    所以该市4万名高中生中航天创新知识竞赛成绩位于区间的人数约为(人).
    (2)由,
    可知任意抽取一人,等级为优秀的概率,
    设抽取次数为,则的分布列如下:
    故,
    又,
    两式相减得:,
    所以 ,
    而在时递增,
    结合,,,,
    可知:当时,;当时,;当时,;
    如果抽取次数的期望值不超过6,所以n的最大值为6.
    【点睛】关键点睛:本题求期望时应借助于错位相减法运算求解.
    题型4数列的综合问题
    【例题4】(2023秋·江苏南通·高三江苏省如皋中学校考阶段练习)现代排球赛为5局3胜制,每局25分,决胜局15分. 前4局比赛中,一队只有赢得至少25分,并领先对方2分时,才胜1局. 在第5局比赛中先获得15分并领先对方2分的一方获胜. 在一个回合中,赢的球队获得1分,输的球队不得分,且下一回合的发球权属于获胜方. 经过统计,甲、乙两支球队在每一个回合中输赢的情况如下:当甲队拥有发球权时,甲队获胜的概率为;当乙队拥有发球权时,甲队获胜的概率为.
    (1)假设在第1局比赛开始之初,甲队拥有发球权,求甲队在前3个回合中恰好获得2分的概率;
    (2)当两支球队比拼到第5局时,两支球队至少要进行15个回合,设甲队在第个回合拥有发球权的概率为. 假设在第5局由乙队先开球,求在第15个回合中甲队开球的概率,并判断在此回合中甲、乙两队开球的概率的大小.
    【答案】(1)
    (2),甲队开球的概率大于乙队开球的概率.
    【分析】(1)甲队在前3个回合中恰好获得2分,分为3种情况,依次求出对应的概率,即可求解;
    (2)根据已知条件,结合等比数列的性质,以及全概率公式,即可求解.
    【详解】(1)在前3个回合中甲队恰好获得2分对应的胜负情况如下:胜胜负,胜负胜,负胜胜,共3种情况,
    对应的概率分别为,,,
    所以甲队在前3个回合中恰好获得2分的概率;
    (2)根据全概率公式得,
    即,
    易知,所以是以为首项,为公比的等比数列,
    所以,故,
    因为,所以,
    而在每一个回合中,甲、乙两队开球的概率之和为1,从而可得在此回合中甲队开球的概率大于乙队开球的概率.
    【点睛】方法点睛:
    甲队在第i个回合拥有发球权的概率为,由全概率公式得,问题转化为数列的递推公式,通过构造等比数列,求出通项.
    【变式4-1】1.(2023·全国·高三专题练习)学校的“智慧”书屋每学年初向高一新生招募30名左右的志愿者.2021学年初,新高一学生报名踊跃,报名人数达到60人.现有两个方案确定志愿者:方案一:用抽签法随机抽取30名志愿者;方案二:将60名报名者编号,用随机数法先从这60个编号中随机抽取45个,然后再次用随机数法从这60个编号中随机抽取45个,两次都被抽取到的报名者成为志愿者.
    (1)采用方案一或二,分别记报名者甲同学被抽中为事件和事件,求事件和事件发生的概率;
    (2)若采用方案二,设报名者甲同学被抽取到的次数为,求的数学期望;
    (3)不难发现采用方案二确定的志愿者人数不少于方案一的30人.若采用方案二,记两次都被抽取到的人数为,则的可取值是哪些?其中取到哪一个值的可能性最大?
    【答案】(1)
    (2)
    (3)取到34的可能性最大
    【解析】
    (1)抽签法随机抽取30名志愿者含甲的概率为,随机数法抽取45名志愿者含甲的概率为
    (2)由(1)知:甲每次被抽到的概率均为,则.∴.
    (3)设两次都被抽到的人数为随机变量,则,故.
    令,
    故,
    令则,即,
    当时,;当时,.因此,时最大,即最大,∴取到34的可能性最大.
    【变式4-1】2.(2023秋·安徽·高三安徽省马鞍山市第二十二中学校联考阶段练习)教育储蓄是指个人按国家有关规定在指定银行开户、存入规定数额资金、用于教育目的的专项储蓄,是一种专门为学生支付非义务教育所需教育金的专项储蓄,储蓄存款享受免征利息税的政策.若你的父母在你12岁生日当天向你的银行教育储蓄账户存入2000元,并且每年在你生日当天存入2000元,连续存6年,在你十八岁生日当天一次性取出,假设教育储蓄存款的年利率为10%.
    (1)在你十八岁生日当天时,一次性取出的金额总数为多少?(参考数据:)
    (2)高考毕业,为了增加自己的教育储蓄,你利用暑假到一家商场勤工俭学,该商场向你提供了三种付酬方案:
    第一种,每天支付38元;
    第二种,第1天付4元,从第2天起,每一天比前一天都多付4元;
    第三种,第1天付0.4元,以后每一天比前一天翻一番(即增加1倍).
    你会选择哪种方式领取报酬?
    【答案】(1)17000元
    (2)答案见解析
    【分析】(1)由等比数列前项和公式求解,
    (2)由等差数列与等比数列的前项和公式分别求解,再由作差法比较大小.
    【详解】(1) ,
    ∴在十八岁生日当天时,一次性取出的金额总数为17000元.
    (2)设到商场勤工俭学的天数为,则第一种方案领取的报酬为;
    第二种方案每天报酬与天数成首项为4,公差为4的等差数列,利用等差数列的前项和公式可得:
    领取的报酬为;
    第三种方案每天报酬与天数成首项为0.4,公比为2的等比数列,利用等比数列的前项和公式可得:
    领取的报酬为.,
    当时,;当时,;当时,.
    令,
    则,
    当时,,此时数列单调递减,则;
    当时,,此时数列单调递增,即.
    ∵,则,又∵,,故当时,,即,
    当时,,即.
    令,其中,
    则,
    令,则,
    当时,,此时数列单调递增,则,则,
    ∴当时,数列单调递增,则,即,
    综上所述,当时,,应选第一种方案;
    当时,,应选第三种方案.
    【变式4-1】3. (2023秋·湖南长沙·高三长沙一中校考阶段练习)新高考数学试卷中有多项选择题,每道多项选择题有A,B,C,D这四个选项,四个选项中仅有两个或三个为正确选项.题目得分规则为:全部选对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.已知测试过程中随机地从四个选项中作选择,每个选项是否为正确选项相互独立.某次多项选择题专项训练中,共有道题,正确选项设计如下:第一题正确选项为两个的概率为,并且规定若第题正确选项为两个,则第题正确选项为两个的概率为;若第题正确选项为三个,则第题正确选项为三个的概率为.
    (1)求第n题正确选项为两个的概率;
    (2)请根据期望值来判断:第二题是选一个选项还是选两个选项,更能获得较高分.
    【答案】(1)
    (2)第二题选一个选项更能获得较高分
    【分析】(1)根据题意可得到第n题正确选项为两个的概率与第题正确选项为两个的概率之间的关系,结合等比数列的定义和通项公式进行求解即可.
    (2)根据题中两种选择,结合数学期望公式、(1)中结论进行求解判断即可.
    【详解】(1)设第n题正确选项为两个的概率为,则,
    当时,有 ,
    因此数列是以为首项,为公比的等比数列,
    所以,显然适合,
    故.
    (2)由(1)可知:,
    设选一个选项的得分为,,
    ,,
    因此,
    设选二个选项的得分为,,


    所以,
    因为,
    所以第二题选一个选项更能获得较高分.
    【点睛】关键点睛:本题的关键是通过概率公式得到之间的关系,通过适当变形,构造等比数列,利用等比数列的通项公式求出通项公式.
    【变式4-1】4. (2023秋·重庆沙坪坝·高三重庆一中校考开学考试)甲、乙两人轮流投篮,约定甲先投,先投中者获胜,直到有人获胜或每人都已投球次时投篮结束,其中为给定正整数.设甲每次投中的概率为,乙每次投中的概率为,且各次投篮互不影响.
    (1)当时,求甲获胜的概率;
    (2)设投篮结束时甲恰好投篮次,求的数学期望.(答案用含的最简式子表示).
    【答案】(1)
    (2)
    【分析】(1)分甲投球1次获胜、甲投球2次获胜和甲投球3次获胜三种情况,计算相应的概率相加即可;
    (2)根据投篮次数的取值,计算相应的概率,由公式求数学期望,借助数列求和的错位相减法化简.
    【详解】(1)甲投球1次获胜的概率,甲投球2次获胜的概率,
    甲投球3次获胜的概率,
    所以甲获胜的概率.
    (2)记“甲第次投中”为事件,“乙第次投中”为事件,其中,
    当时,投篮结束时甲恰好投篮次的概率为:,
    投篮结束时甲恰好投篮次的概率为:

    所以,
    设,则,
    则,错位相减得:

    所以.
    【变式4-1】5. (2023·全国·高三专题练习)某市旅游局为尽快恢复受疫情影响的旅游业,准备在本市的景区推出旅游一卡通(年卡).为了更科学的制定一卡通的有关条例,市旅游局随机调查了2019年到本市景区旅游的1000个游客的年旅游消费支出(单位:百元),并制成如图频率分布直方图:由频率分布直方图,可近似地认为到本市景区旅游的游客,其旅游消费支出服从正态分布.现依次抽取个游客,假设每个游客的旅游消费支出相互独立,记事件表示“连续3人的旅游消费支出超出”.若表示的概率,,,为常数),且.

    (1)求,及,;
    (2)判断并证明数列从第三项起的单调性,试用概率统计知识解释其实际意义.
    【答案】(1),,
    (2)答案见解析
    【分析】(1)第一步,由题意求得与的值;第二步,列关于,的方程组求解,的值;
    (2)第一步,由,利用作差法得出从第三项起数列单调递减;第二步,说明其实际意义.
    【详解】(1)因为每人的旅游消费支出超出的概率为,
    故抽取个游客,连续3人的旅游消费支出超出的概率为,所以.
    抽取个游客,连续3人的旅游消费支出超出的概率为,
    所以,
    由,即,解得;
    (2)数列从第三项起单调递减,证明如下:



    又, ,
    即从第三项起数列单调递减.
    由此,可知随着抽查人数的增加,事件“不连续3人的旅游费用支出超出”的可能性会越来越小.
    (即最终会出现连续3人的旅游费用支出超出这一事件).
    【变式4-1】6.(2023秋·辽宁·高三东北育才学校校联考开学考试)某单位有名职工,通过抽验筛查一种疾病的患者.假设患疾病的人在当地人群中的比例为.专家建议随机地按(且为的正因数)人一组分组,然后将各组个人的血样混合再化验. 如果混管血样呈阴性,说明这个人全部阴性;如果混管血样呈阳性,说明其中至少有一人的血样呈阳性,就需要对每个人再分别化验一次.设该种方法需要化验的总次数为.
    (1)当时,求的取值范围并解释其实际意义;
    (2)现对混管血样逐一化验,至化验出阳性样本时停止,最多化验次.记为混管的化验次数,当足够大时,证明:;
    (3)根据经验预测本次检测时个人患病的概率,当时,按照计算得混管数量的期望;某次检验中,试判断个人患病的概率为是否合理.(如果,则说明假设不合理).
    附:若,则,,.
    【答案】(1),实际意义见解析
    (2)证明见解析
    (3)答案见解析
    【分析】(1)求出,令,可得出,利用导数求出的最小值,即可求出的取值范围;
    (2)当、、、、时,,当时,,利用错位相减法化简,结合不等式的基本性质可证得结论成立;
    (3)分析可知,服从二项分布,根据二项分布的期望公式可求得的值,再利用二项分布的方差公式可求出的值,由于较大,可视为服从正态分布,求出的值,结合题意判断可得出结论.
    【详解】(1)解:令,由题意可知,的可能取值有、、、、,
    则,
    所以,,
    因为,
    所以,

    令,
    可得恒成立,
    两边取自然对数,可得,其中,得,
    不妨设,其中,则,
    当时,;当时,,
    所以,函数的单调递减区间为,单调递增区间为,
    因此,,此时,且,
    但由于是的正因数,
    所以,
    那么,即,即,故,
    其实际意义为:当时,混检次数的期望要比逐个检测的期望大,说明逐个检测较好.
    (2)证明:当、、、、时,,
    当时,,,
    不妨设,
    则,
    设,①
    则,②
    ①②可得,
    所以,.
    (3)解:由于服从二项分布,则的可能取值有、、、、,
    所以,,解得,
    所以,,
    同时,由于足够大,不妨视,则,则,
    则,
    则,故,
    因此,故有充分的里有认为不合理.
    【点睛】方法点睛:求离散型随机变量均值与方差的基本方法:
    (1)已知随机变量的分布列求它的均值、方差,按定义求解.
    (2)已知随机变量的均值、方差,求的线性函数的均值、方差,可直接用的均值、方差的性质求解;
    (3)如果所给随机变量是服从常用的分布(如两点分布、二项分布等),利用它们的均值、方差公式求解.
    1. (2023·浙江·模拟预测)立德中学有甲、乙两家餐厅,如果赵同学上一天去甲餐厅用午餐,那么下一天去甲餐厅的概率为0.6,如果上一天去乙餐厅用午餐,那么下一天去甲餐厅的概率为0.8,已知赵同学第一天去甲餐厅用午餐的概率为0.5.
    (1)求赵同学第二天去乙餐厅用午餐的概率;
    (2)设赵同学第去甲餐厅用午餐的概率为,判断与的大小,并求.
    【答案】(1)0.3
    (2);.
    【分析】(1)分类,按赵同学第一天去甲、乙餐厅分两类计算后相加可得;
    (2)求出与的关系:,然后凑配出等比数列,利用等比数列通项公式求解.
    【详解】(1)因为赵同学第一天去甲餐厅用午餐的概率为0.5,,那么他去乙餐厅用午餐的概率也为0.5,则他第二天去乙餐厅用午餐的概率为;
    (2)由已知,,,
    ,即,
    因此,
    ,又,∴数列是等比数列,公比是,
    ∴,从而.
    2. (2023·吉林通化·梅河口市第五中学校考模拟预测)某学校三年级开学之初增加早自习,早饭在校食堂就餐人数增多,为了缓解就餐压力,学校在原有一个餐厅的基础上增加了一个餐厅,分别记做餐厅甲和餐厅乙,经过一周左右统计调研分析:前一天选择餐厅甲就餐第二天选择餐厅甲就餐的概率是,择餐厅乙就餐的概率为,前一天选择餐厅乙就餐第二天选择餐厅乙就餐的概率是,选择餐厅甲就餐的概率也为,如此往复.假设学生第一天选择餐厅甲就餐的概率是,选择餐厅乙就餐的概率是,记某同学第天选择甲餐厅就餐的概率为.
    (1)记某班级的3位同学第二天选择餐厅甲的人数为,求的分布列,并求;
    (2)请写出的通项公式;
    【答案】(1)分布列见解析,
    (2)
    【分析】(1)先求某同学第二天选择餐厅甲就餐的概率,然后根据二项分布的概率公式求出概率,可得概率分布,利用二项分布期望公式可得期望;
    (2)根据题意先求与的关系,然后利用构造法可得通项.
    【详解】(1)某同学第二天选择餐厅甲就餐的概率,
    某同学第二天选择餐厅乙就餐的概率,
    所以位同学第二天选择餐厅甲就餐的人数为,则.
    的分布列为

    (2)依题意,,即.
    由(1)知,则
    当时,可得,
    数列是首项为公比为的等比数列.
    3. (2023·山东烟台·统考三模)现有甲、乙两个袋子,每个袋子中均装有大小、形状、质地完全相同的个黑球和个红球,若每次分别从两个袋子中随机摸出个球互相交换后放袋子中,重复进行次此操作.记第次操作后,甲袋子中红球的个数为.
    (1)求的分布列和数学期望;
    (2)求第次操作后,甲袋子中恰有个红球的概率.
    【答案】(1)分布列见解析,
    (2)
    【分析】(1)由题意可知,的所有可能取值为、、,计算出随机变量在不同取值下的概率,可得出随机变量的分布列,进而可求得的值;
    (2)由已知条件推导得出,可得出数列为等比数列,确定该数列的首项和公比,可求得的表达式,即的表达式.
    【详解】(1)由题知,的所有可能取值为、、,
    ,,,
    所以,的分布列为
    所以,的数学期望.
    (2)由题知,
    又,
    所以,,
    整理得,,
    所以,,
    又因为,所以,数列是首项为,公比为的等比数列,
    所以,,
    所以,,即.
    4. (2023·安徽亳州·蒙城第一中学校联考模拟预测)甲、乙、丙三个小学生相互抛沙包,第一次由甲抛出,每次抛出时,抛沙包者等可能的将沙包抛给另外两个人中的任何一个,设第()次抛沙包后沙包在甲手中的方法数为,在丙手中的方法数为.
    (1)求证:数列为等比数列,并求出的通项;
    (2)求证:当n为偶数时,.
    【答案】(1)证明见解析,
    (2)证明见解析
    【分析】(1)首先确定第n次抛沙包后的抛沙包方法数为,再结合条件列出关于数列的递推公式,即可证明数列是等比数列,并且变形后,利用累加求和,即可求解数列的通项公式;
    (2)首先由条件确定,再根据(1)的结果,确定数列的通项公式,再比较大小.
    【详解】(1)由题意知:第n次抛沙包后的抛沙包方法数为,
    第次抛沙包后沙包在甲手中的方法数为,若第n次抛沙包后沙包在甲手中,则第次抛沙包后,沙包不可能在甲手里,只有第n次抛沙包后沙包在乙或丙手中,
    故,且
    故,

    所以数列为等比数列,
    由,得,



    ……………,
    以上各式相加,
    可得;
    (2)由题意知:第n次抛沙包后沙包在乙、丙手中的情况数相等均为,
    则,
    ∵当n为偶数时,,
    ∴.
    5. (2023·湖北武汉·华中师大一附中校考模拟预测)长江十年禁渔计划全面施行,渔民老张积极配合政府工作,如期收到政府的补偿款.他决定拿出其中10万元进行投资,并看中了两种为期60天(视作2个月)的稳健型(不会亏损)理财方案.
    方案一:年化率,且有的可能只收回本金;
    方案二:年化率,且有的可能只收回本金;
    已知老张对每期的投资本金固定(都为10万元),且第一次投资时选择了方案一,在每期结束后,老张不间断地进行下一期投资,并且他有的可能选择另一种理财方案进行投资.
    (1)设第i次投资()选择方案一的概率为,求;
    (2)求一年后老张可获得总利润的期望(精确到1元).
    注:若拿1千元进行5个月年化率为的投资,则该次投资获利元.
    【答案】(1)
    (2)2255元
    【分析】(1)根据互斥加法概率公式求出选择方案一的概率递推式,变形,根据等比数列通项公式求出概率通项公式,代入计算即可;
    (2)先求出每一个方案的获利期望,然后再利用期望公式求出一年的总获利期望.
    【详解】(1)由题意知,,
    整理得,,其中,
    故数列是以为首项,为公比的等比数列,则,
    即,那么;
    (2)当某期选择方案一时,获利期望值为元;
    当某期选择方案二时,获利期望值为元;
    那么,在一年间,老张共投资了6次,获得的总利润的期望为
    元,
    即一年后老张可获得的利润的期望约为2255元.
    6. (2023·湖南永州·统考一模)某企业为提高竞争力,成功研发了三种新品,其中能通过行业标准检测的概率分别为,且是否通过行业标准检测相互独立.
    (1)设新品通过行业标准检测的品种数为,求的分布列;
    (2)已知新品中的一件产品经检测认定为优质产品的概率为0.025,现从足量的新品中任意抽取一件进行检测,若取到的不是优质产品,则继续抽取下一件,直至取到优质产品为止,但抽取的总次数不超过.如果抽取次数的期望值不超过5,求的最大值.
    参考数据:
    【答案】(1)分布列见解析
    (2)5
    【分析】(1)由题意的所有可能取值为:0,1,2,3,由独立事件乘法公式以及互斥事件加法公式即可分别求出相应的概率,进而求解.
    (2)不妨设抽取第次时取到优质产品,此时对应的概率为,而第次抽到优质产品的概率为,
    所以抽取次数的期望值为 ,
    对其求和并结合以及参考数据即可求解.
    【详解】(1)由题意的所有可能取值为:0,1,2,3.
    ,
    ,
    ,
    ;
    所以的分布列如下表:
    (2)不妨设抽取第次时取到优质产品,此时对应的概率为,而第次抽到优质产品的概率为,因此由题意抽取次数的期望值为 ,

    两式相减得,
    所以,
    又由题意可得,
    所以,即,
    注意到当时,有,
    且当时,有;
    综上所述:的最大值为5.
    7. (2023·安徽·合肥一中校联考模拟预测)2023年4月23日,是中国海军成立74周年74年向海图强,74年劈波斩浪.74年,人民海军新装备不断增加,新型作战力量加速发展,从“101南昌舰”到“108咸阳舰”,8艘055型驱逐舰列阵.我国自主研制的075型两栖攻击舰“31海南舰”“32广西舰”“33安徽舰”也相继正式入列.从小艇到大舰,从近海防御到挺进深蓝大洋,人民海军步履铿锵,捍卫国家主权,维护世界和平.为了庆祝中国海军成立74周年,某公司设计生产了三款两栖攻击舰模型(分别为“31海南舰”、“32广西舰”“33安徽舰”),并限量发行若该公司每个月发行300件(三款各100件),一共持续12个月,采用摇号的方式进行销售.假设每个月都有3000人参与摇号,摇上号的将等可能获得三款中的一款.小周是个“战舰狂热粉”,听到该公司发行两栖攻击舰模型,欣喜若狂.
    (1)若小周连续三个月参与摇号,求他在这三个月集齐三款模型的概率;
    (2)若摇上号的人不再参加后面的摇号.已知小周从第一个月开始参与摇号,并且在12个月的限量发行中成功摇到并获得了模型.设他第X个月摇到并获得了模型,求X的数学期望.
    【答案】(1)
    (2)
    【分析】(1)分别分析小周连续3个月摇上号的概率和集齐三款模型的概率,即可求出他在这三个月集齐三款模型的概率;
    (2)根据题意得出和,得出的表达式,根据错位相减即可求出.
    【详解】(1)由题可知,小周第1个月摇上号的概率为,所以小周连续三个月摇上号的概率为,
    小周连续三个月摇上号的前提下,三个月集齐三款模型共有种情况,三个月获得模型共有种情况,
    所以在小周连续三个月摇上号的前提下,三个月集齐三款模型的概率为,
    设事件为“小周在这三个月集齐三款模型”,则.
    (2)由题意得,,
    则,
    两边同乘得,
    两式相减得

    所以.
    8. (2023·河北衡水·河北衡水中学校考模拟预测)某辖区组织居民接种新冠疫苗,现有四种疫苗且每种都供应充足.前来接种的居民接种与号码机产生的号码对应的疫苗,号码机有四个号码,每次可随机产生一个号码,后一次产生的号码由前一次余下的三个号码中随机产生,张医生先接种与号码机产生的号码对应的种疫苗后,再为居民们接种,记第位居民(不包含张医生)接种四种疫苗的概率分别为.
    (1)第2位居民接种哪种疫苗的概率最大;
    (2)张医生认为,一段时间后接种四种疫苗的概率应该相差无几,请你通过计算第10位居民接种四种的概率,解释张医生观点的合理性.
    参考数据:.
    【答案】(1)疫苗
    (2)答案见解析
    【分析】(1)分类讨论,根据全概率公式计算;
    (2)根据(1)的逻辑,讨论的通项公式,运用等比数列求出第10为居民使用A,B,C,D疫苗的概率即可.
    【详解】(1)第1位居民接种疫苗的概率分别为,
    若第2位居民接种疫苗,则第1位居民接种B,C,D疫苗,,
    第2位居民接种疫苗,则第1位居民接种C,D疫苗,
    同理,第2位居民接种疫苗的概率也等于,
    故第2位居民接种疫苗的概率最大;
    (2)因为,
    所以,
    故数列是公比为的等比数列.
    又,所以
    即,
    从而,
    同理,

    所以 ,
    第10位居民接种疫苗概率应该相差无几.
    第位居民接种疫苗概率应该相差将会更小,所以张医生的话合理.
    9. (2023·安徽合肥·合肥市第六中学校考模拟预测)在上海举办的第五届中国国际进口博览会中,一款无导线心脏起搏器引起广大参会者的关注,成为了进博会的“明星展品”.体积仅有维生素胶囊大小,体积比传统心脏起搏器减小93%,重量仅约2克,拥有强大的电池续航能力,配合兼容1.5T/3.0T全身核磁共振扫描检查等创新功能.在起搏器研发后期,某企业快速启动无线充电器主控芯片生产,试产期每天都需同步进行产品检测,检测包括智能检测和人工检测,选择哪种检测方式的规则如下:第一天选择智能检测,随后每天由计算机随机等可能生成数字“0”和“1”,连续生成4次,把4次的数字相加,若和小于3,则该天的检测方式和前一天相同,否则选择另一种检测方式.
    (1)求该企业前三天的产品检测选择智能检测的天数X的分布列;
    (2)当地政府为了检查该企业是否具有一定的智能化管理水平,采用如下方案:设表示事件“第n天该企业产品检测选择的是智能检测”的概率,若恒成立,认为该企业具有一定的智能化管理水平,将给予该企业一定的奖励资金,否则将没有该项奖励资金.请问该企业能拿到奖励资金吗?请说明理由.
    【答案】(1)答案见解析
    (2)可以;理由见解析
    【分析】(1)根据题意,由条件可得的可能取值为,然后分别求出其所对应的概率,即可得到分布列.
    (2)根据题意,由条件可得是以为首项,为公比的等比数列,然后结合等比数列的通项公式即可得到结果.
    【详解】(1)设计算机4次生成的数字之和为,则,
    则,

    的可能取值为,
    则,


    所以的分布列为
    (2)设表示事件第天该企业产品检测选择的是智能检测,
    表示事件第天该企业产品检测选择的是智能检测,
    由全概率公式可知
    则,,
    即,,且,
    所以是以为首项,为公比的等比数列,
    则,所以恒成立,
    所以该企业具有一定的智能化管理水平,能拿到奖金.
    10. (2023·浙江·模拟预测)全民健身是全体人民增强体魄、健康生活的基础和保障,为了研究杭州市民健身的情况,某调研小组在我市随机抽取了100名市民进行调研,得到如下数据:
    附:,
    (1)如果认为每周健身4次及以上的用户为“喜欢健身”;请完成列联表,根据小概率值的独立性检验,判断“喜欢健身”与“性别”是否有关?
    (2)假设杭州市民小红第一次去健身房健身的概率为,去健身房健身的概率为,从第二次起,若前一次去健身房,则此次不去的概率为;若前一次去健身房,则此次仍不去的概率为.记第次去健身房健身的概率为,则第10次去哪一个健身房健身的概率更大?
    【答案】(1)列联表见解析,“喜欢健身”与“性别”无关
    (2)第10次去健身房健身的概率更大
    【分析】(1)先绘制列联表,计算的值,从而确定正确答案.
    (2)根据全概率公式、递推关系求得,从而求得,由此确定正确答案.
    【详解】(1)依题意,列联表如下:

    所以“喜欢健身”与“性别”无关.
    (2)依题意,,当时,,
    则,
    所以数列是首项为,公比为的等比数列,
    所以,
    所以,
    所以第10次去健身房健身的概率更大.
    11. (2023·安徽黄山·屯溪一中校考模拟预测)现有一种不断分裂的细胞,每个时间周期内分裂一次,一个细胞每次分裂能生成一个或两个新的细胞,每次分裂后原细胞消失,设每次分裂成一个新细胞的概率为,分裂成两个新细胞的概率为;新细胞在下一个周期内可以继续分裂,每个细胞间相互独立.设有一个初始的细胞,在第一个周期中开始分裂,其中.
    (1)设结束后,细胞的数量为,求的分布列和数学期望;
    (2)设结束后,细胞数量为的概率为 .
    (i)求;
    (ii)证明:.
    【答案】(1)分布列见解析,
    (2)(i);(ii)证明见解析
    【分析】(1)求出的取值及不同取值对应的概率,进而列出分布列,利用期望公式求出期望;
    (2)(i)求出第时分裂为个细胞的概率,再用等比数列求和公式,即可求解;
    (ii)求出第时分裂为个细胞的概率,再用等比数列求和公式,求出,再利用导数法确定函数的单调性,从而确定最值,即可得证.
    【详解】(1)个结束后,的取值可能为,其中,

    ,,
    所以分布列为
    .
    (2)(i)表示分裂结束后共有个细胞的概率,则必在某一个周期结束后分裂成个细胞. 不妨设在第时分裂为个细胞,之后一直有 个细胞,
    此事件概率,
    所以
    .
    (ii)代表分裂后有个细胞的概率,设细胞在后分裂为个新的细胞,这两个细胞在剩下的中,其中一个分裂为个细胞,一个保持一直分裂为个细胞,此事件的概率

    得,

    其中,.
    令,,
    记,,令,得.
    当,,递增;
    当,,递减.
    故,
    也就是.
    【点睛】关键点点睛:本题求解的关键有两个,一是求解时,利用等比数列的知识求解;二是求解的最值时,根据解析式的特点,利用导数来求解.
    12. (2023·福建福州·福建省福州第一中学校考模拟预测)某知识测试的题目均为多项选择题,每道多项选择题有A,B,C,D这4个选项,4个选项中仅有两个或三个为正确选项.题目得分规则为:全部选对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.已知测试过程中随机地从四个选项中作选择,每个选项是否为正确选项相互独立.若第一题正确选项为两个的概率为,并且规定若第题正确选项为两个,则第题正确选项为两个的概率为;第题正确选项为三个,则第题正确选项为三个的概率为.
    (1)若第二题只选了“C”一个选项,求第二题得分的分布列及期望;
    (2)求第n题正确选项为两个的概率;
    (3)若第n题只选择B、C两个选项,设Y表示第n题得分,求证:.
    【答案】(1)分布列见解析;
    (2)
    (3)证明见解析
    【分析】(1)设事件表示正确选项为个,事件表示正确选项为个,表示第题正确选项为个的概率,表示第题正确选项为个的概率.由全概率公式可求出,继而可求,再由全概率公式计算第二题得分分布列的各种情况,并根据公式计算期望;
    (2)根据(1)中由第一题到第二题正确选项数概率的计算理解,由全概率公式可以得出一般性的结论化简可得,可知为等比数列,求通项可得;
    (3)根据(2)求出的可得,在利用全概率公式即可求得的分布列,计算出,则结论可证.
    【详解】(1)设事件表示正确选项为个,事件表示正确选项为个,
    表示第题正确选项为个的概率,表示第题正确选项为个的概率.
    设事件表示选项“C”为第二题的一个正确选项,用随机变量表示第二题得分.
    依题得,可能取值为.
    因为,,
    所以
    所以的分布列为:
    所以.
    (2)依题得,,
    所以,
    又因为,
    所以是以为首项,以为公比的等比数列.
    所以,.
    (3)由(2)可知,,.
    依题得,可能取值为.


    所以.
    【点睛】方法点睛:高中阶段的马尔科夫链类型的概率问题解决关键是利用全概率公式找到概率的递推式,然后用数列手段去处理求解.
    13.(2023·河北保定·河北省唐县第一中学校考二模)在某个周末,甲、乙、丙、丁四名同学相约打台球.四人约定游戏规则:①每轮游戏均将四人分成两组,进行组内一对一对打;②第一轮甲乙对打、丙丁对打;③每轮游戏结束后,两名优胜者组成优胜组在下一轮游戏中对打,同样的,两名失败者组成败者组在下一轮游戏中对打;④每轮比赛均无平局出现.已知甲胜乙、乙胜丙、丙胜丁的概率均为,甲胜丙、乙胜丁的概率均为,甲胜丁的概率为.
    (1)设在前三轮比赛中,甲乙对打的次数为随机变量X,求X的数学期望;
    (2)求在第10轮比赛中,甲丙对打的概率.
    【答案】(1)
    (2)
    【分析】(1)根据游戏规则得到甲乙在第一轮对打,且在第二轮不对打,第三轮有可能对打,从而得到的可能值为或,其中第三轮对打为甲乙胜者组对打或甲乙败者组对打,再结合条件即可求解;
    (2)设在第n轮中,甲乙对打的概率为,甲丙对打的概率为,甲丁对打的概率为,根据题目条件求得,和,再分类讨论甲丙在胜者组对打或甲丙在败者组对打,从而求得,再由结合数列通项公式的求法,求得,即可求出.
    【详解】(1)由题可知,甲乙在第一轮对打,且在第二轮不对打,所以的可取值为1,2,

    则,
    所以X的数学期望.
    (2)设在第轮中,甲乙对打的概率为,甲丙对打的概率为,甲丁对打的概率为,
    易知,,,
    且,
    又,所以,
    整理得,
    则数列是以为首项,以为公比的等比数列,
    即,所以,则,
    故在第10轮比赛中,甲丙对打的概率为.
    14. (2019·全国·高考真题)为了治疗某种疾病,研制了甲、乙两种新药,希望知道哪种新药更有效,为此进行动物试验.试验方案如下:每一轮选取两只白鼠对药效进行对比试验.对于两只白鼠,随机选一只施以甲药,另一只施以乙药.一轮的治疗结果得出后,再安排下一轮试验.当其中一种药治愈的白鼠比另一种药治愈的白鼠多4只时,就停止试验,并认为治愈只数多的药更有效.为了方便描述问题,约定:对于每轮试验,若施以甲药的白鼠治愈且施以乙药的白鼠未治愈则甲药得1分,乙药得分;若施以乙药的白鼠治愈且施以甲药的白鼠未治愈则乙药得1分,甲药得分;若都治愈或都未治愈则两种药均得0分.甲、乙两种药的治愈率分别记为α和β,一轮试验中甲药的得分记为X.
    (1)求的分布列;
    (2)若甲药、乙药在试验开始时都赋予4分,表示“甲药的累计得分为时,最终认为甲药比乙药更有效”的概率,则,, ,其中,,.假设,.
    (i)证明: 为等比数列;
    (ii)求,并根据的值解释这种试验方案的合理性.
    【答案】(1)见解析;(2)(i)见解析;(ii).
    【分析】(1)首先确定所有可能的取值,再来计算出每个取值对应的概率,从而可得分布列;(2)(i)求解出的取值,可得,从而整理出符合等比数列定义的形式,问题得证;(ii)列出证得的等比数列的通项公式,采用累加的方式,结合和的值可求得;再次利用累加法可求出.
    【详解】(1)由题意可知所有可能的取值为:,,
    ;;
    则的分布列如下:
    (2),
    ,,
    (i)

    整理可得:
    是以为首项,为公比的等比数列
    (ii)由(i)知:
    ,,……,
    作和可得:
    表示最终认为甲药更有效的.由计算结果可以看出,在甲药治愈率为0.5,乙药治愈率为0.8时,认为甲药更有效的概率为,此时得出错误结论的概率非常小,说明这种实验方案合理.
    【点睛】本题考查离散型随机变量分布列的求解、利用递推关系式证明等比数列、累加法求解数列通项公式和数列中的项的问题.本题综合性较强,要求学生能够熟练掌握数列通项求解、概率求解的相关知识,对学生分析和解决问题能力要求较高.
    25
    50
    100
    0.4
    0.24
    0.36
    0
    1
    X
    -1
    0
    1
    P
    (1-)
    +(1-)
    喜爱足球运动
    不喜爱足球运动
    合计
    男性
    女性
    合计
    2
    3
    4
    0.2
    0.5
    0.3
    1
    2
    3
    4
    1
    2
    3


    1
    2
    3
    n
    P
    p
    0
    1
    2
    3
    0
    1
    2
    3
    1
    2
    3
    每周健身次数
    1次
    2次
    3次
    4次
    5次
    6次及6次以上

    4
    6
    5
    3
    4
    28

    7
    5
    8
    7
    6
    17
    0.10
    0.05
    0.01
    0.005
    0.001
    2.706
    3.841
    6.635
    7.879
    10.828
    喜欢健身
    不喜欢健身
    合计


    合计

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