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    新教材2022版高考人教A版数学一轮复习课件:10.5 离散型随机变量的数字特征

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    这是一份新教材2022版高考人教A版数学一轮复习课件:10.5 离散型随机变量的数字特征,共60页。PPT课件主要包含了内容索引,必备知识预案自诊,知识梳理,aEX+b,DaX+b,a2DX,p1-p,np1-p,常用结论,考点自诊等内容,欢迎下载使用。

    素养提升微专题16—— 超几何分布的均值与方差
    案例探究(五) 概率与函数、导数、数列、不等式的综合问题
    1.离散型随机变量的均值(1)定义:一般地,若离散型随机变量X的分布列为
    则称E(X)=               为随机变量X的均值或数学期望,数学期望简称期望. 
    问题思考随机变量的均值与样本的平均值有什么区别和联系?
    提示 ①区别:随机变量的均值是一个常数,它不依赖于样本的抽取,而样本的平均值是一个随机变量,它是随着样本的不同而变化的.②联系:对于简单随机抽样,随着样本容量的增加,样本的平均值越来越接近于总体的均值.因此,我们常用样本的平均值来估计总体的均值.
    (2)均值的性质若Y=aX+b,其中X是随机变量,a,b是常数,随机变量X的均值是E(X),则E(Y)=E(aX+b)=     . 特别提示①当a=0时,E(b)=b,即常数的均值就是这个常数本身;②当a=1时,E(X+b)=E(X)+b,即随机变量X与常数之和的均值等于X的均值与这个常数之和;③当b=0时,E(aX)=aE(X),即常数与随机变量X乘积的均值等于这个常数与X的均值的乘积.
    2.离散型随机变量的方差(1)定义:一般地,若离散型随机变量X的分布列为
    则称D(X)=            为随机变量X的方差,并称 为随机变量X的标准差,记为σ(x). 
    温馨提示①随机变量X的方差的定义与一组数据的方差的定义是相同的.②(xi-E(X))2描述了xi(i=1,2,…,n)相对于均值E(X)的偏离程度,而D(X)是上述偏离程度的加权平均数,刻画了随机变量X与其均值E(X)的平均偏离程度.随机变量的方差和标准差均反映了随机变量取值偏离于均值的平均程度.方差或标准差越小,则随机变量偏离于均值的平均程度越小.③标准差与随机变量有相同的单位,而方差的单位是随机变量单位的平方.
    (2)方差的性质若Y=aX+b,其中X是随机变量,a,b是常数,随机变量X的方差是D(X),则D(Y)=     =     . 特别提示①当a=0时,D(b)=0,即常数的方差等于0.②当a=1时,D(X+b)=D(X),即随机变量与常数之和的方差等于这个随机变量的方差.③当b=0时,D(aX)=a2D(X),即随机变量与常数之积的方差等于这个常数的平方与这个随机变量方差的乘积.
    3.几种特殊分布的均值和方差(1)两点分布:若随机变量X服从两点分布,则E(X)=   ,D(X)=    . (2)二项分布:若X~B(n,p),则E(X)=    ,D(X)=    . (3)超几何分布:设随机变量X服从参数为N,M,n(n,N,M∈N*,M≤N,n≤N)的
    1.若X1,X2相互独立,则E(X1·X2)=E(X1)·E(X2).2.均值与方差的关系:D(X)=E(X2)-E2(X).3.E(k)=k,D(k)=0,其中k为常数.4.E(X1+X2)=E(X1)+E(X2).5.若X~N(μ,σ2),则X的均值与方差分别为E(X)=μ,D(X)=σ2.
    1.判断下列结论是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”.(1)期望是算术平均数概念的推广,与概率无关.(  )(2)均值与方差都是从整体上刻画离散型随机变量的情况,因此它们是一回事.(  )(3)随机变量的均值是常数,样本的平均值是随机变量,它不确定.(  )(4)随机变量的方差和标准差都反映了随机变量取值偏离均值的平均程度,方差或标准差越小,则偏离均值的平均程度越小.(  )
    2.(2020江苏镇江高三检测)若X~B(80, ),则D(X)=(  )A.20B.40C.15D.30
    3.已知X的分布列为:设Y=2X+3,则E(Y)的值为(  )
    4.设0【例1】 (2020江苏盐城模拟,18)为了倡导健康、低碳、绿色的生活理念,某市建立了公共自行车服务系统鼓励市民租用公共自行车出行,公共自行车按每车每次的租用时间进行收费,具体收费标准如下:①租用时间不超过1小时,免费;②租用时间为1小时以上且不超过2小时,收费1元;③租用时间为2小时以上且不超过3小时,收费2元;④租用时间超过3小时的时段,按每小时2元收费.(不足1小时的部分按1小时计算)
    已知甲、乙两人独立出行,各租用公共自行车一次,两人租车时间都不会超过3小时,设甲、乙租用时间不超过1小时的概率分别是0.4和0.5,租用时间为1小时以上且不超过2小时的概率分别是0.5和0.3.(1)求甲、乙两人所付租车费相同的概率;(2)设甲、乙两人所付租车费之和为随机变量ξ,求ξ的分布列和数学期望E(ξ).
    解 (1)根据题意,分别记“甲所付租车费0元、1元、2元”为事件A1,A2,A3,它们彼此互斥,且P(A1)=0.4,P(A2)=0.5,所以 P(A3)=1-0.4-0.5=0.1.分别记“乙所付租车费0元、1元、2元”为事件B1,B2,B3,它们彼此互斥,且P(B1)=0.5,P(B2)=0.3,所以P(B3)=1-0.5-0.3=0.2.由题知,A1,A2,A3与B1,B2,B3相互独立,记甲、乙两人所付租车费相同为事件M,则M=A1B1∪A2B2∪A3B3,所以P(M)=P(A1)P(B1)+P(A2)P(B2)+P(A3)P(B3)=0.4×0.5+0.5×0.3+0.1×0.2=0.2+0.15+0.02=0.37.
    (2)据题意,ξ的可能取值为0,1,2,3,4,P(ξ=0)=P(A1)P(B1)=0.2;P(ξ=1)=P(A1)P(B2)+P(A2)P(B1)=0.4×0.3+0.5×0.5=0.37;P(ξ=2)=P(A1)P(B3)+P(A2)P(B2)+P(A3)P(B1)=0.4×0.2+0.5×0.3+0.1×0.5=0.28;P(ξ=3)=P(A2)P(B3)+P(A3)P(B2)=0.5×0.2+0.1×0.3=0.13;P(ξ=4)=P(A3)P(B3)=0.1×0.2=0.02.所以ξ的分布列为:数学期望E(ξ)=0×0.2+1×0.37+2×0.28+3×0.13+4×0.02=1.4.
    解题心得1.求离散型随机变量X的均值与方差的步骤:(1)理解X的意义,写出X的全部可能取值.(2)求X取每个值的概率.(3)写出X的分布列.(4)由均值的定义求E(X).(5)由方差的定义求D(X).2.注意性质的应用:若随机变量X的均值为E(X),则对应随机变量aX+b的均值是aE(X)+b,方差为a2D(X).
    对点训练1某投资公司在2020年年初准备将1 000万元投资到“低碳”项目上,现有两个项目供选择:
    【例2】 一个盒子中装有大量形状、大小一样,质量不完全相同的小球,从中随机抽取50个作为样本,称出它们的质量(单位:克),质量分组区间为[5,15),[15,25),[25,35),[35,45],由此得到样本的频率分布直方图,如图.
    (1)求a的值,并根据样本数据,试估计盒子中小球质量的众数与平均数;(2)从盒子中随机抽取3个小球,其中质量在[5,15]内的小球个数为X,求X的分布列和数学期望以及方差(以直方图中的频率作为概率).
    解题心得求随机变量X的均值与方差时,可首先分析X是否服从二项分布,如果X~B(n,p),那么用公式E(X)=np,D(X)=np(1-p)求解,可大大减少计算量.
    对点训练2(2019天津,16)设甲、乙两位同学上学期间,每天7:30之前到校的概率均为 .假定甲、乙两位同学到校情况互不影响,且任一同学每天到校情况相互独立.(1)用X表示甲同学上学期间的三天中7:30之前到校的天数,求随机变量X的分布列和数学期望;(2)设M为事件“上学期间的三天中,甲同学在7:30之前到校的天数比乙同学在7:30之前到校的天数恰好多2”,求事件M发生的概率.
    【例3】 某地区拟建立一个艺术博物馆,采取竞标的方式从多家建筑公司选取一家建筑公司,经过层层筛选,甲、乙两家建筑公司进入最后的招标.现从建筑设计院聘请专家设计了一个招标方案:两家公司从6个招标问题中随机抽取3个问题,已知这6个招标问题中,甲公司可正确回答其中的4道题目,而乙公司能正确回答每道题目的概率均为 ,甲、乙两家公司对每题的回答都是相互独立,互不影响的.(1)求甲、乙两家公司共答对2道题目的概率;(2)请从期望和方差的角度分析,甲、乙两家哪家公司竞标成功的可能性更大?
    解题心得利用均值、方差进行决策的方法:均值能够反映随机变量取值的“平均水平”,因此,当均值不同时,两个随机变量取值的水平可见分晓,由此可对实际问题作出决策判断;若两个随机变量均值相同或相差不大,则可通过分析两个变量的方差来研究随机变量的离散程度或者稳定程度,方差或标准差越小,则偏离均值的平均程度越小,进而进行决策.
    对点训练3为回馈顾客,某商场拟通过模拟兑奖的方式对1 000位顾客进行奖励,规定:每位顾客从一个装有4个标有面值的球的袋中一次性随机摸出2个球,球上所标的面值之和为该顾客所获的奖励额.(1)若袋中所装的4个球中有1个所标的面值为50元,其余3个均为10元,求:①顾客所获的奖励额为60元的概率;②顾客所获的奖励额的分布列及均值;(2)商场对奖励总额的预算是60 000元,并规定袋中的4个球只能由标有面值10元和50元的两种球组成,或标有面值20元和40元的两种球组成.为了使顾客得到的奖励总额尽可能符合商场的预算且每位顾客所获的奖励额相对均衡,请对袋中的4个球的面值给出一个合适的设计,并说明理由.
    (2)根据商场的预算,每个顾客的平均奖励额为60元,所以先寻找均值为60的可能方案.对于面值由10元和50元组成的情况,如果选择(10,10,10,50)的方案,因为60元是面值之和的最大值,所以均值不可能为60元;如果选择(50,50,50,10)的方案,因为60元是面值之和的最小值,所以均值也不可能为60元;因此可能的方案是(10,10,50,50),记为方案1.对于面值由20元和40元组成的情况,同理可排除(20,20,20,40)和(40,40,40,20)的方案,所以可能的方案是(20,20,40,40),记为方案2.以下是对两个方案的分析.对于方案1,即方案(10,10,50,50),设顾客所获的奖励额为X1,则X1的分布列为
    【典例】 已知100件产品中有10件次品,从中任取3件,则取出的3件产品中次品数的均值是   ,方差是   . 答案0.3 0.264 5
    从而E(ξ)=0×0.726 5+1×0.247 7+2×0.025 0+3×0.000 8=0.300 1≈0.3,D(ξ)≈(0-0.3)2×0.726 5+(1-0.3)2×0.247 7+(2-0.3)2×0.025 0+(3-0.3)2×0.000 8≈0.264 5.(方法2)这是超几何分布问题,其中N=100,M=10,n=3,
    解题心得求超几何分布的均值时,直接应用公式 比较简单,而方差公式不太容易记忆,一般是根据超几何分布的概率公式求出分布列,代入离散型随机变量的方差公式计算.
    对点训练从5名女生和2名男生中任选3人参加英语演讲比赛,设随机变量ξ表示所选3人中男生的人数.(1)求ξ的分布列;(2)求ξ的均值与方差;(3)求ξ≤1的概率.
    概率问题与现实生活联系密切,所以高考等各类综合考试中常以实际应用题形式呈现,多为解答题,有较大的阅读量,与社会热点问题紧密结合,考查概率与统计中的众多知识.有时也会与函数、导数、数列、不等式等知识综合命题,考查形式新颖,有一定的难度.
    【典例】 某病毒存在人与人之间的传染,可以通过与患者的密切接触进行传染.我们把与患者有过密切接触的人群称为密切接触者,每位密切接触者被感染后即被称为患者.已知每位密切接触者在接触一个患者后被感染的概率为p(0(2)该病毒在进入人体后有14天的潜伏期,在这14天的潜伏期内患者无任何症状,为病毒传播的最佳时间,设每位患者在被感染后的第二天又有a位密切接触者,把某一名患者被感染的当天按第1天算起,第n天新增患者的数学期望记为En.①求数列{En}的通项公式;
    则当a=10,n=6时,E6'=10×0.1(1+10×0.1)4=16.E6=10×0.5(1+10×0.5)4=6 480.∵E6>E6',∴戴口罩很有必要.
    对点训练1(2020山东威海一模,22)新药在进入临床实验之前,需要先通过动物进行有效性和安全性的实验.现对某种新药进行5 000次动物实验,一次实验方案如下:选取3只白鼠对药效进行检验,当3只白鼠中有2只或2只以上使用“效果明显”,即确定“实验成功”;若有且只有1只“效果明显”,则再取2只白鼠进行二次检验,当2只白鼠均使用“效果明显”,即确定“实验成功”,其余情况则确定“实验失败”.设对每只白鼠的实验相互独立,且使用“效果明显”的概率均为p(0对点训练2(2020云南昆明三模,20)某高校毕业生小张自主创业从事苹果的种植,并开设网店进行销售.为了做好苹果的品控,小张从自己果园的苹果树上,随机摘取150个苹果测重(单位:克),其质量分布在区间[100,400]内,根据统计的数据得到如图1所示的频率分布直方图.
    (1)以上述样本数据中频率作为概率,现一顾客从该果园购买了30个苹果,求这30个苹果中质量在(300,400]内的个数X的数学期望;(2)小张的网店为了进行苹果的促销,推出了“买苹果,送福袋”的活动,买家在线参加按图行进赢取福袋的游戏.该游戏的规则如下:买家点击抛掷一枚特殊的骰子,每次抛掷的结果为1或2,且出现这两种结果的概率相同;从出发格(第0格)开始,每掷一次,按照抛掷的结果,按如图2所示的路径向前行进一次,若掷出1点,即从当前位置向前行进一格(从第k格到第k+1格,k∈N),若掷出2点,即从当前位置向前行进两格(从第k格到第k+2格,k∈N),行进至第31格(获得福袋)或第32格(谢谢惠顾),游戏结束.设买家行进至第i格的概率为pi(i=0,1,2,…,32),p0=1.①求p1,p2,并写出用pi-2,pi-1表示pi(i=2,3,…,31)的递推式;②求p32,并说明该大学生网店推出的此款游戏活动,是更有利于卖家,还是更有利于买家.
    解 (1)由图可知,苹果的质量在(300,400]内的频率为(0.003 6+0.002 0)×50=0.28.一顾客从该果园购买的30个苹果中质量在(300,400]内的个数为X,则X~B(30,0.28),所以E(X)=30×0.28=8.4.
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