2018版高中数学 第二章 概率 2.5.1 离散型随机变量的均值学案 苏教版选修2-3

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- 1 - 2.5.1 离散型随机变量的均值 学习目标 1.通过实例理解离散型随机变量均值的概念,能计算简单离散型随机变量的均值.2.理解离散型随机变量的均值的性质.3.掌握两点分布、二项分布的均值.4.会利用离散型随机变量的均值,反映离散型随机变量的取值水平,解决一些相关的实际问题.

知识点一 离散型随机变量的均值或数学期望 设有12个西瓜,其中4个重5 kg,3个重6 kg,5个重7 kg. 思考1 任取1个西瓜,用X表示这个西瓜的重量,试问X可以取哪些值?

思考2 当X取上述值时,对应的概率分别是多少? 思考3 如何求每个西瓜的平均重量? 梳理 离散型随机变量的均值或数学期望 一般地,若离散型随机变量X的概率分布如下表:

X x1 x2 … xn

P p1 p2 … pn

(1)数学期望:E(X)=μ=

________________________________________________________________________. (2)性质 ①pi≥0,i=1,2,…,n;②p1+p2+…+pn=1. - 2 -

(3)数学期望的含义:它反映了离散型随机变量取值的____________. 知识点二 两点分布、超几何分布、二项分布的均值 1.两点分布:若X~0-1分布,则E(X)=________. 2.超几何分布:若X~H(n,M,N),则E(X)=________. 3.二项分布:若X~B(n,p),则E(X)=________.

类型一 离散型随机变量的均值 命题角度1 一般离散型随机变量的均值 例1 某同学参加科普知识竞赛,需回答三个问题,竞赛规则规定:每题回答正确得100分,回答不正确得-100分,假设这名同学回答正确的概率均为0.8,且各题回答正确与否相互之间没有影响. (1)求这名同学回答这三个问题的总得分X的概率分布和均值; (2)求这名同学总得分不为负分(即X≥0)的概率.

反思与感悟 求随机变量X的均值的方法和步骤 (1)理解随机变量X的意义,写出X所有可能的取值. (2)求出X取每个值的概率P(X=k). - 3 -

(3)写出X的分布列. (4)利用均值的定义求E(X). 跟踪训练1 在有奖摸彩中,一期(发行10 000张彩票为一期)有200个奖品是5元,20个奖品是25元,5个奖品是100元.在不考虑获利的前提下,一张彩票的合理价格是多少元?

命题角度2 二项分布与两点分布的均值 引申探究 在重复5次投篮时,命中次数为Y,随机变量η=5Y+2.求E(η).例2 某运动员投篮命中率为p=0.6. (1)求投篮1次命中次数X的均值; (2)求重复5次投篮,命中次数Y的均值.

反思与感悟 (1)常见的两种分布的均值 - 4 -

设p为一次试验中成功的概率,则 ①两点分布E(X)=p; ②二项分布E(X)=np. 熟练应用上述两公式可大大减少运算量,提高解题速度. (2)两点分布与二项分布辨析 ①相同点:一次试验中要么发生要么不发生. ②不同点: a.随机变量的取值不同,两点分布随机变量的取值为0,1,二项分布中随机变量的取值X=

0,1,2,…,n. b.试验次数不同,两点分布一般只有一次试验;二项分布则进行n次试验.

跟踪训练2 根据以往统计资料,某地车主购买甲种保险的概率为0.5,购买乙种保险但不购买甲种保险的概率为0.3,设各车主购买保险相互独立. (1)求该地1位车主至少购买甲、乙两种保险中的1种的概率; (2)X表示该地的100位车主中,甲、乙两种保险都不购买的车主数,求X的均值.

命题角度3 超几何分布的均值 - 5 -

例3 一个口袋内有n(n>3)个大小相同的球,其中有3个红球和(n-3)个白球.已知从口袋中随机取出一个球是红球的概率是35.不放回地从口袋中随机取出3个球,求取到白球的个数ξ的均值E(ξ).

反思与感悟 (1)超几何分布模型 一般地,在含有M件次品的N件产品中,任取n件,其中含有X件次品,则P(X=k)=CkMCn-kN-MCnN,k=0,1,2,…,m,其中m=min{M,n},且n≤N,M≤N,n,M,N∈N*.

(2)超几何分布均值的计算公式

若一个随机变量X的分布列服从超几何分布,则E(X)=nMN. 跟踪训练3 设在15个同类型的零件中有2个次品,每次任取1个,共取3次,并且每次取出后不再放回,若以X表示取出次品的个数,求均值E(X). - 6 -

类型二 均值的应用 例4 甲、乙、丙三人进行羽毛球练习赛,其中两人比赛,另一人当裁判,每局比赛结束时,

负的一方在下一局当裁判.设各局中双方获胜的概率均为12,各局比赛的结果相互独立,第1局甲当裁判. (1)求第4局甲当裁判的概率; (2)X表示前4局中乙当裁判的次数,求X的均值.

反思与感悟 解答此类题目,应首先把实际问题概率模型化,然后利用有关概率的知识去分析相应各事件可能性的大小,并列出概率分布表,最后利用有关的公式求出相应的概率及均值. 跟踪训练4 某商场举行有奖促销活动,顾客购买一定金额的商品后即可抽奖,每次抽奖都是从装有4个红球、6个白球的甲箱和装有5个红球、5个白球的乙箱中,各随机摸出1个球,在摸出的2个球中,若都是红球,则获一等奖;若只有1个红球,则获二等奖;若没有红球,则不获奖. (1)求顾客抽奖1次能获奖的概率; (2)若某顾客有3次抽奖机会,记该顾客在3次抽奖中获一等奖的次数为X,求X的概率分布和均值. - 7 -

1.现有一个项目,对该项目每投资10万元,一年后利润是1.2万元,1.18万元,1.17万元的概率分别为16,12,13.随机变量X表示对此项目投资10万元一年后的利润,则X的均值为________. 2.若p为非负实数,随机变量ξ的概率分布如下表:

ξ 0 1 2 P 12-p p 12

则E(ξ)的最大值为________. 3.设随机变量X~B(40,p),且E(X)=16,则p=________. 4.袋中有20个大小相同的球,其中记上0号的有10个,记上n号的有n个(n=1,2,3,4).现从袋中任取一球,ξ表示所取球的标号. (1)求ξ的概率分布、均值; (2)若η=aξ+4,E(η)=1,求a的值. - 8 -

1.求离散型随机变量的均值的步骤 (1)确定离散型随机变量X的取值. (2)写出分布列,并检查分布列的正确与否. (3)根据公式写出均值. 2.若X、Y是两个随机变量,且Y=aX+b,则E(Y)=aE(X)+b;如果一个随机变量服从两点分布或二项分布,可直接利用公式计算均值. - 9 -

答案精析 问题导学 知识点一 思考1 X=5,6,7.

思考2 P(X=5)=412=13,

P(X=6)=312=14,P(X=7)=512.

思考3 5×4+6×3+7×512=5×13+6×14+7×512=7312. 梳理 (1)x1p1+x2p2+…+xnpn (3)平均水平 知识点二

1.p 2.nMN 3.np 题型探究 例1 解 (1)X的可能取值为-300, -100,100,300. P(X=-300)=0.23=0.008,

P(X=-100)=C13×0.8×0.22=0.096,

P(X=100)=C23×0.82×0.21=0.384,

P(X=300)=0.83=0.512,

所以X的概率分布如下表: X -300 -100 100 300

P 0.008 0.096 0.384 0.512

所以E(X)=(-300)×0.008+(-100)×0.096+100×0.384+300×0.512=180(分). (2)这名同学总得分不为负分的概率为P(X≥0)=P(X=100)+P(X=300) =0.384+0.512=0.896. 跟踪训练1 解 设一张彩票的中奖额为随机变量X,显然X的所有可能取值为0,5,25,100.依题意X的概率分布如下表: X 0 5 25 100

P 391400 150 1500 12 000 - 10 -

所以E(X)=0×391400+5×150+25×1500+100×12 000 =0.2,所以一张彩票的合理价格是0.2元. 例2 解 (1)投篮1次,命中次数X的概率分布如下表: X 0 1

P 0.4 0.6

则E(X)=0.6. (2)由题意知,重复5次投篮,命中次数Y服从二项分布,即Y~B(5,0.6), E(Y)=np=5×0.6=3.

引申探究 解 E(η)=E(5Y+2)=5E(Y)+2 =5×3+2=17. 跟踪训练2 解 设该车主购买乙种保险的概率为p,由题意知p×(1-0.5)=0.3,解得p=0.6. (1)设所求概率为P1,则 P1=1-(1-0.5)×(1-0.6)=0.8.

故该地1位车主至少购买甲、乙两种保险中的1种的概率为0.8. (2)每位车主甲、乙两种保险都不购买的概率为 (1-0.5)×(1-0.6)=0.2. ∴X~B(100,0.2), ∴E(X)=100×0.2=20. ∴X的均值是20.

例3 解 ∵p=35,∴3n=35,∴n=5, ∴5个球中有2个白球. 方法一 白球的个数ξ可取0,1,2.

则P(ξ=0)=C33C35=110,

P(ξ=1)=C23C12C35=35,

P(ξ=2)=C13C22C35=310.

∴E(ξ)=110×0+35×1+310×2=65. 方法二 取到白球的个数ξ服从参数为N=5,M=2,n=3的超几何分布,