
突破點(diǎn)一 離散型隨機(jī)變量的分布列
1.隨機(jī)變量的有關(guān)概念
(1)隨機(jī)變量:隨著試驗結(jié)果變化而變化的變量,常用字母X,Y,ξ,η,…表示.
(2)離散型隨機(jī)變量:所有取值可以一一列出的隨機(jī)變量.
2.離散型隨機(jī)變量分布列的概念及性質(zhì)
(1)概念:若離散型隨機(jī)變量X可能取的不同值為x1,x2,…,xi,…,xn,X取每一個值xi(i=1,2,…,n)的概率P(X=xi)=pi,以表格的形式表示如下:
X
x1
x2
…
xi
…
xn
P
p1
p2
…
pi
…
pn
此表稱為離散型隨機(jī)變量X的概率分布列,簡稱為X的分布列.有時也用等式P(X=xi)=pi,i=1,2,…,n表示X的分布列.
(2)分布列的性質(zhì):①pi≥0,i=1,2,3,…,n;②i=1.
3.常見的離散型隨機(jī)變量的分布列
(1)兩點(diǎn)分布
X
0
1
P
1-p
p
若隨機(jī)變量X的分布列具有上表的形式,則稱X服從兩點(diǎn)分布,并稱p=P(X=1)為成功概率.
(2)超幾何分布
在含有M件次品的N件產(chǎn)品中,任取n件,其中恰有X件次品,則P(X=k)=,k=0,1,2,…,m,其中m=min{M,n},且n≤N,M≤N,n,M,N∈N*.
X
0
1
…
m
P
…
如果隨機(jī)變量X的分布列具有上表的形式,則稱隨機(jī)變量X服從超幾何分布.
一、判斷題(對的打“√”,錯的打“×”)
(1)拋擲均勻硬幣一次,出現(xiàn)正面的次數(shù)是隨機(jī)變量.( )
(2)離散型隨機(jī)變量的分布列描述了由這個隨機(jī)變量所刻畫的隨機(jī)現(xiàn)象.( )
(3)某人射擊時命中的概率為0.5,此人射擊三次命中的次數(shù)X服從兩點(diǎn)分布.( )
(4)從4名男演員和3名女演員中選出4名,其中女演員的人數(shù)X服從超幾何分布.( )
(5)離散型隨機(jī)變量的分布列中,隨機(jī)變量取各個值的概率之和可以小于1.( )
(6)離散型隨機(jī)變量的各個可能值表示的事件是彼此互斥的.( )
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√
二、填空題
1.設(shè)隨機(jī)變量X的分布列如下:
X
1
2
3
4
5
P
p
則p為________.
答案:
2.已知隨機(jī)變量X的分布列為P(X=i)=(i=1,2,3)則P(X=2)=________.
答案:
3.有一批產(chǎn)品共12件,其中次品3件,每次從中任取一件,在取到合格品之前取出的次品數(shù)X的所有可能取值是________.
答案:0,1,2,3
考法一 離散型隨機(jī)變量分布列的性質(zhì)
[例1] (1)設(shè)隨機(jī)變量X的概率分布列如下表所示:
X
0
1
2
P
a
若F(x)=P(X≤x),則當(dāng)x的取值范圍是[1,2)時,F(xiàn)(x)等于( )
A. B.
C. D.
(2)若隨機(jī)變量X的分布列為
X
-2
-1
0
1
2
3
P
0.1
0.2
0.2
0.3
0.1
0.1
則當(dāng)P(X<a)=0.8時,實數(shù)a的取值范圍是( )
A.(-∞,2] B.[1,2]
C.(1,2] D.(1,2)
[解析] (1)由分布列的性質(zhì),得a++=1,所以a=.而x∈[1,2),所以F(x)=P(X≤x)=+=.
(2)由隨機(jī)變量X的分布列知:P(X<-1)=0.1,P(X<0)=0.3,P(X<1)=0.5,P(X<2)=0.8,
則當(dāng)P(X<a)=0.8時,實數(shù)a的取值范圍是(1,2].
[答案] (1)D (2)C
離散型隨機(jī)變量分布列的性質(zhì)的應(yīng)用
(1)利用“總概率之和為1”可以求相關(guān)參數(shù)的取值范圍或值;
(2)利用“離散型隨機(jī)變量在一范圍內(nèi)的概率等于它取這個范圍內(nèi)各個值的概率之和”求某些特定事件的概率;
(3)可以根據(jù)性質(zhì)判斷所得分布列結(jié)果是否正確.
考法二 離散型隨機(jī)變量的分布列求法
[例2] (2019·長春模擬)長春市的“名師云課”活動自開展以來獲得廣大家長和學(xué)生的高度贊譽(yù),在推出的第二季名師云課中,數(shù)學(xué)學(xué)科共計推出36節(jié)云課,為了更好地將課程內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生,現(xiàn)對某一時段云課的點(diǎn)擊量進(jìn)行統(tǒng)計:
點(diǎn)擊量
[0,1 000]
(1 000,3 000]
(3 000,+∞)
節(jié)數(shù)
6
18
12
(1)現(xiàn)從36節(jié)云課中采用分層抽樣的方式選出6節(jié),求選出的點(diǎn)擊量超過3 000的節(jié)數(shù);
(2)為了更好地搭建云課平臺,現(xiàn)將云課進(jìn)行剪輯,若點(diǎn)擊量在區(qū)間[0,1 000]內(nèi),則需要花費(fèi)40分鐘進(jìn)行剪輯,若點(diǎn)擊量在區(qū)間(1 000,3 000]內(nèi),則需要花費(fèi)20分鐘進(jìn)行剪輯,點(diǎn)擊量超過3 000,則不需要剪輯,現(xiàn)從(1)中選出的6節(jié)課中隨機(jī)取出2節(jié)課進(jìn)行剪輯,求剪輯時間X的分布列.
[解] (1)根據(jù)分層抽樣可知,選出的6節(jié)課中點(diǎn)擊量超過3 000的節(jié)數(shù)為×6=2.
(2)由分層抽樣可知,(1)中選出的6節(jié)課中點(diǎn)擊量在區(qū)間[0,1 000]內(nèi)的有1節(jié),點(diǎn)擊量在區(qū)間(1 000,3 000]內(nèi)的有3節(jié),故X的可能取值為0,20,40,60.
P(X=0)==,
P(X=20)===,
P(X=40)===,
P(X=60)===,
則X的分布列為
X
0
20
40
60
P
[方法技巧]
求離散型隨機(jī)變量分布列的步驟
(1)找出隨機(jī)變量X的所有可能取值xi(i=1,2,3,…,n);
(2)求出各取值的概率P(X=xi)=pi;
(3)列成表格并用分布列的性質(zhì)檢驗所求的分布列或某事件的概率是否正確.
考法三 超幾何分布
[例3] 在心理學(xué)研究中,常采用對比試驗的方法評價不同心理暗示對人的影響,具體方法如下:將參加試驗的志愿者隨機(jī)分成兩組,一組接受甲種心理暗示,另一組接受乙種心理暗示,通過對比這兩組志愿者接受心理暗示后的結(jié)果來評價兩種心理暗示的作用.現(xiàn)有6名男志愿者A1,A2,A3,A4,A5,A6和4名女志愿者B1,B2,B3,B4,從中隨機(jī)抽取5人接受甲種心理暗示,另5人接受乙種心理暗示.
(1)求接受甲種心理暗示的志愿者中包含A1但不包含B1的概率;
(2)用X表示接受乙種心理暗示的女志愿者人數(shù),求X的分布列.
[解] (1)記接受甲種心理暗示的志愿者中包含A1但不包含B1的事件為M,則P(M==.
(2)由題意知X可取的值為0,1,2,3,4,則
P(X=0)==,P(X=1)==,
P(X=2)==,P(X=3)==,
P(X=4)==.
因此X的分布列為
X
0
1
2
3
4
P
[方法技巧] 求超幾何分布的分布列的步驟
1.設(shè)X是一個離散型隨機(jī)變量,其分布列為:
X
-1
0
1
P
2-3q
q2
則q的值為( )
A.1 B.±
C.- D.+
解析:選C 由分布列的性質(zhì)知
∴q=-.
2.某項大型賽事,需要從高校選拔青年志愿者,某大學(xué)學(xué)生實踐中心積極參與,從8名學(xué)生會干部(其中男生5名,女生3名)中選3名參加志愿者服務(wù)活動.若所選3名學(xué)生中的女生人數(shù)為X,求X的分布列.
解:因為8名學(xué)生會干部中有5名男生,3名女生,所以X的分布列服從參數(shù)N=8,M=3,n=3的超幾何分布.
X的所有可能取值為0,1,2,3,其中P(X=i)=(i=0,1,2,3),
則P(X=0)==,P(X=1)==,P(X=2)==,P(X=3)==.
所以X的分布列為
X
0
1
2
3
P
3.有編號為1,2,3,…,n的n個學(xué)生,入坐編號為1,2,3,…,n的n個座位,每個學(xué)生規(guī)定坐一個座位,設(shè)學(xué)生所坐的座位號與該生的編號不同的學(xué)生人數(shù)為X,已知X=2時,共有6種坐法.
(1)求n的值.
(2)求隨機(jī)變量X的分布列.
解:(1)因為當(dāng)X=2時,有C種坐法,
所以C=6,即=6,
n2-n-12=0,解得n=4或n=-3(舍去),所以n=4.
(2)因為學(xué)生所坐的座位號與該生的編號不同的學(xué)生人數(shù)為X,
由題意知X的可能取值是0,2,3,4,
所以P(X=0)==,
P(X=2)===,
P(X=3)===,
P(X=4)=1---=,
所以隨機(jī)變量X的分布列為
X
0
2
3
4
P
突破點(diǎn)二 離散型隨機(jī)變量的均值與方差
1.離散型隨機(jī)變量的均值與方差
若離散型隨機(jī)變量X的分布列為
X
x1
x2
…
xi
…
xn
P
p1
p2
…
pi
…
pn
(1)稱E(X)=x1p1+x2p2+…+xipi+…+xnpn為隨機(jī)變量X的均值或數(shù)學(xué)期望,它反映了離散型隨機(jī)變量取值的平均水平.
(2)稱D(X)=(xi-E(X))2pi為隨機(jī)變量X的方差,它刻畫了隨機(jī)變量X與其均值E(X)的平均偏離程度,其算術(shù)平方根為隨機(jī)變量X的標(biāo)準(zhǔn)差.
2.均值與方差的性質(zhì)
(1)E(aX+b)=aE(X)+b;
(2)D(aX+b)=a2D(X)(a,b為常數(shù)).
一、判斷題(對的打“√”,錯的打“×”)
(1)期望是算術(shù)平均數(shù)概念的推廣,與概率無關(guān).( )
(2)隨機(jī)變量的方差和標(biāo)準(zhǔn)差都反映了隨機(jī)變量取值偏離均值的平均程度,方差或標(biāo)準(zhǔn)差越小,則偏離均值的平均程度越?。? )
(3)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0.7.( )
答案:(1)× (2)√ (3)√
二、填空題
1.已知隨機(jī)變量X的分布列為P(X=k)=,k=1,2,3,則E(3X+5)=________.
答案:11
2.一個正四面體ABCD的四個頂點(diǎn)上分別標(biāo)有1分,2分,3分和4分,往地面拋擲一次記不在地面上的頂點(diǎn)的分?jǐn)?shù)為X,則X的均值為________.
解析:X的分布列為:
X
1
2
3
4
P
∴E(X)=1×+2×+3×+4×=.
答案:
3.隨機(jī)變量X的可能取值為0,1,2,若P(X=0)=,E(X)=1,則D(X)=________.
解析:設(shè)P(X=1)=p,P(X=2)=q,
由題意得解得p=,q=,
∴D(X)=(0-1)2+(1-1)2+(2-1)2=.
答案:
考法一 離散型隨機(jī)變量的均值與方差
[例1] (2018·天津高考)已知某單位甲、乙、丙三個部門的員工人數(shù)分別為24,16,16.現(xiàn)采用分層抽樣的方法從中抽取7人,進(jìn)行睡眠時間的調(diào)查.
(1)應(yīng)從甲、乙、丙三個部門的員工中分別抽取多少人?
(2)若抽出的7人中有4人睡眠不足,3人睡眠充足,現(xiàn)從這7人中隨機(jī)抽取3人做進(jìn)一步的身體檢查.
①用X表示抽取的3人中睡眠不足的員工人數(shù),求隨機(jī)變量X的分布列與數(shù)學(xué)期望;
②設(shè)A為事件“抽取的3人中,既有睡眠充足的員工,也有睡眠不足的員工”,求事件A發(fā)生的概率.
[解] (1)由已知,甲、乙、丙三個部門的員工人數(shù)之比為3∶2∶2,由于采用分層抽樣的方法從中抽取7人,因此應(yīng)從甲、乙、丙三個部門的員工中分別抽取3人,2人,2人.
(2)①隨機(jī)變量X的所有可能取值為0,1,2,3.
所以P(X=0)==,P(X=1)==,
P(X=2)==,P(X=3)==,
所以隨機(jī)變量X的分布列為
X
0
1
2
3
P
隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望E(X)=0×+1×+2×+3×=.
②設(shè)事件B為“抽取的3人中,睡眠充足的員工有1人,睡眠不足的員工有2人”;
事件C為“抽取的3人中,睡眠充足的員工有2人,睡眠不足的員工有1人”,則A=B∪C,且B與C互斥.
由①知P(B)=P(X=2),P(C)=P(X=1),
故P(A)=P(B∪C)=P(X=2)+P(X=1)=.
所以事件A發(fā)生的概率為.
求離散型隨機(jī)變量均值與方差的關(guān)鍵及注意
(1)求離散型隨機(jī)變量的均值與方差關(guān)鍵是確定隨機(jī)變量的所有可能值,寫出隨機(jī)變量的分布列,正確運(yùn)用均值、方差公式進(jìn)行計算.
(2)注意E(aX+b)=aE(X)+b,D(aX+b)=a2D(X)的應(yīng)用.
考法二 均值與方差在決策中的應(yīng)用
[例2] (2019·開封模擬)某產(chǎn)品按行業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)分成8個等級,等級系數(shù)X依次為1,2,…,8,其中X≥5為標(biāo)準(zhǔn)A,X≥3為標(biāo)準(zhǔn)B,已知甲廠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)A生產(chǎn)該產(chǎn)品,產(chǎn)品的零售價為6元/件;乙廠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)B生產(chǎn)該產(chǎn)品,產(chǎn)品的零售價為4元/件.假定甲、乙兩廠的產(chǎn)品都符合相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn).
(1)已知甲廠產(chǎn)品的等級系數(shù)X1的概率分布列如下表所示:
X1
5
6
7
8
P
0.4
a
b
0.1
且X1的數(shù)學(xué)期望EX1=6,求a,b的值;
(2)為分析乙廠產(chǎn)品的等級系數(shù)X2,從該廠生產(chǎn)的產(chǎn)品中隨機(jī)抽取30件,相應(yīng)的等級系數(shù)組成一個樣本,數(shù)據(jù)如下:
用這個樣本的頻率分布估計總體分布,將頻率視為概率,求等級系數(shù)X2的數(shù)學(xué)期望;
(3)在(1),(2)的條件下,若以“性價比”為判斷標(biāo)準(zhǔn),則哪個工廠的產(chǎn)品更具可購買性?說明理由.
注:①產(chǎn)品的“性價比”=產(chǎn)品的等級系數(shù)的數(shù)學(xué)期望/產(chǎn)品的零售價;
②“性價比”大的產(chǎn)品更具可購買性.
[解] (1)∵EX1=6,∴5×0.4+6a+7b+8×0.1=6,即6a+7b=3.2,
又0.4+a+b+0.1=1,即a+b=0.5,
∴由得
(2)由已知,用這個樣本的頻率分布估計總體分布,將頻率視為概率,可得等級系數(shù)X2的概率分布列如下:
X2
3
4
5
6
7
8
P
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0.1
∴EX2=3×0.3+4×0.2+5×0.2+6×0.1+7×0.1+8×0.1=4.8,即乙廠產(chǎn)品的等級系數(shù)X2的數(shù)學(xué)期望等于4.8.
(3)乙廠的產(chǎn)品更具可購買性,理由如下:
∵甲廠產(chǎn)品的等級系數(shù)的數(shù)學(xué)期望等于6,價格為6元/件,∴其性價比為=1,
∵乙廠產(chǎn)品的等級系數(shù)的數(shù)學(xué)期望等于4.8,價格為4元/件.
∴其性價比為=1.2,
又1.2>1,∴乙廠的產(chǎn)品更具可購買性.
利用均值、方差進(jìn)行決策的2個方略
(1)當(dāng)均值不同時,兩個隨機(jī)變量取值的水平可見分歧,可對問題作出判斷.
(2)若兩隨機(jī)變量均值相同或相差不大,則可通過分析兩變量的方差來研究隨機(jī)變量的離散程度或者穩(wěn)定程度,進(jìn)而進(jìn)行決策.
1.隨著網(wǎng)絡(luò)營銷和電子商務(wù)的興起,人們的購物方式更具多樣化.某調(diào)查機(jī)構(gòu)隨機(jī)抽取10名購物者進(jìn)行采訪,5名男性購物者中有3名傾向于選擇網(wǎng)購,2名傾向于選擇實體店,5名女性購物者中有2名傾向于選擇網(wǎng)購,3名傾向于選擇實體店.
(1)若從10名購物者中隨機(jī)抽取2名,其中男、女各一名,求至少1名傾向于選擇實體店的概率;
(2)若從這10名購物者中隨機(jī)抽取3名,設(shè)X表示抽到傾向于選擇網(wǎng)購的男性購物者的人數(shù),求X的分布列和數(shù)學(xué)期望.
解:(1)設(shè)“隨機(jī)抽取2名,其中男、女各一名,至少1名傾向于選擇實體店”為事件A,則表示事件“隨機(jī)抽取2名,其中男、女各一名,都傾向于選擇網(wǎng)購”,
則P(A)=1-P()=1-=.
(2)X所有可能的取值為0,1,2,3,
且P(X=k)=,
則P(X=0)=,P(X=1)=,P(X=2)=,
P(X=3)=.
所以X的分布列為:
X
0
1
2
3
P
E(X)=0×+1×+2×+3×=.
2.張老師開車上班,有路線①與路線②兩條路線可供選擇.
路線①:沿途有A,B兩處獨(dú)立運(yùn)行的交通信號燈,且兩處遇到綠燈的概率依次為,,若A處遇紅燈或黃燈,則導(dǎo)致延誤時間2分鐘;若B處遇紅燈或黃燈,則導(dǎo)致延誤時間3分鐘;若兩處都遇綠燈,則全程所花時間為20分鐘.
路線②:沿途有a,b兩處獨(dú)立運(yùn)行的交通信號燈,且兩處遇到綠燈的概率依次為,,若a處遇紅燈或黃燈,則導(dǎo)致延誤時間8分鐘;若b處遇紅燈或黃燈,則導(dǎo)致延誤時間5分鐘;若兩處都遇綠燈,則全程所花時間為15分鐘.
(1)若張老師選擇路線①,求他20分鐘能到校的概率;
(2)為使張老師日常上班途中所花時間較少,你建議張老師選擇哪條路線?并說明理由.
解:(1)走路線①,20分鐘能到校意味著張老師在A,B兩處均遇到綠燈,記該事件發(fā)生的概率為P,則P=×=.
(2)設(shè)選擇路線①的延誤時間為隨機(jī)變量ξ,則ξ的所有可能取值為0,2,3,5.
則P(ξ=0)=×=,P(ξ=2)=×=,
P(ξ=3)=×=,P(ξ=5)=×=.
ξ的數(shù)學(xué)期望E(ξ)=0×+2×+3×+5×=2.
設(shè)選擇路線②的延誤時間為隨機(jī)變量η,則η的所有可能取值為0,8,5,13.
則P(η=0)=×=,P(η=8)=×=,
P(η=5)=×=,P(η=13)=×=.
η的數(shù)學(xué)期望E(η)=0×+8×+5×+13×=5.
因此選擇路線①平均所花時間為20+2=22分鐘,選擇路線②平均所花時間為15+5=20分鐘,
所以為使張老師日常上班途中所花時間較少,建議張老師選擇路線②.
突破點(diǎn)三 均值、方差與統(tǒng)計案例的綜合問題
[典例] (2019·湖南湘東五校聯(lián)考)已知具有相關(guān)關(guān)系的兩個變量x,y之間的幾組數(shù)據(jù)如下表所示:
x
2
4
6
8
10
y
3
6
7
10
12
(1)請根據(jù)上表數(shù)據(jù)繪制散點(diǎn)圖;
(2)請根據(jù)上表提供的數(shù)據(jù),求出y關(guān)于x的線性回歸方程=x+,并估計當(dāng)x=20時y的值;
(3)將表格中的數(shù)據(jù)看作5個點(diǎn)的坐標(biāo),則從這5個點(diǎn)中隨機(jī)抽取3個點(diǎn),記落在直線2x-y-4=0右下方的點(diǎn)的個數(shù)為ξ,求ξ的分布列及數(shù)學(xué)期望.
參考公式:=,=-.
[解] (1)散點(diǎn)圖如圖所示.
(2)依題意得,=×(2+4+6+8+10)=6,=×(3+6+7+10+12)=7.6,
=4+16+36+64+100=220,iyi=6+24+42+80+120=272,
===1.1,
所以=7.6-1.1×6=1,
所以線性回歸方程為=1.1x+1,
故當(dāng)x=20時,=23.
(3)可以判斷,落在直線2x-y-4=0右下方的點(diǎn)的坐標(biāo)滿足2x-y-4>0,
所以符合條件的點(diǎn)的坐標(biāo)為(6,7),(8,10),(10,12),
故ξ的所有可能取值為1,2,3.
P(ξ=1)==,
P(ξ=2)===,
P(ξ=3)==,
故ξ的分布列為
ξ
1
2
3
P
E(ξ)=1×+2×+3×==.
[方法技巧]
解決此類問題的關(guān)鍵是讀懂題意,從已知條件給出的圖表中準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)信息, 再根據(jù)相關(guān)公式正確計算并分析得出結(jié)論.
[針對訓(xùn)練]
社會公眾人物的言行在一定程序上影響著年輕人的人生觀、價值觀.某媒體機(jī)構(gòu)為了了解大學(xué)生對影星、歌星以及著名主持人方面的新聞(簡稱“星聞”)的關(guān)注情況,隨機(jī)調(diào)查了某大學(xué)的200位大學(xué)生,得到信息如下表:
男大學(xué)生
女大學(xué)生
不關(guān)注“星聞”
80
40
關(guān)注“星聞”
40
40
(1)從所抽取的200人內(nèi)關(guān)注“星聞”的大學(xué)生中,再抽取3人做進(jìn)一步調(diào)查,求這3人性別不全相同的概率;
(2)是否有95%以上的把握認(rèn)為關(guān)注“星聞”與性別有關(guān)?并說明理由;
(3)把以上的頻率視為概率,若從該大學(xué)被調(diào)查的男大學(xué)生中隨機(jī)抽取4人,設(shè)這4人中關(guān)注“星聞”的人數(shù)為ξ,求ξ的分布列及數(shù)學(xué)期望.
附:K2=,n=a+b+c+d.
P(K2≥k0)
0.050
0.010
0.001
k0
3.841
6.635
10.828
解:(1)由已知得,所求概率P=1-=.
(2)由于K2的觀測值k==≈5.556>3.841,
故有95%以上的把握認(rèn)為關(guān)注“星聞”與性別有關(guān).
(3)由題意可得,從被調(diào)查的男大學(xué)生中抽取一位關(guān)注“星聞”的男大學(xué)生的概率為=,不關(guān)注“星聞”的概率為.ξ的所有可能取值為0,1,2,3,4.
P(ξ=0)=4=;P(ξ=1)=C××3=;P(ξ=2)=C×2×2==;P(ξ=3)=C×3×=;P(ξ=4)=4=.
所以ξ的分布列為
ξ
0
1
2
3
4
P
因為ξ~B,所以E(ξ)=.
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