2020届高考数学二轮教师用书:层级二 专题六 (理)第3讲 概率、随机变量及其分布 .doc
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1、(理)第3讲概率、随机变量及其分布 考情考向高考导航1考查古典概型、互斥事件、相互独立事件、独立重复试验等内容,主要以选择题、填空题的形式出现,多为容易或中等难度题2对离散型随机变量的分布列及期望的考查是重点中的“热点”,重点考查独立事件的概率,超几何分布和二项分布的期望等以解答题的形式出现,难度中档或偏下真题体验1(2017全国卷)如图,正方形ABCD内的图形来自中国古代的太极图,正方形内切圆中的黑色部分和白色部分关于正方形的中心成中心对称,在正方形内随机取一点,则此点取自黑色部分的概率是()A.B.C. D.解析:B不妨设正方形边长为a.由图形的对称性可知,太极图中黑白部分面积相等,即所各
2、占圆面积的一半由几何概型概率的计算公式得,所求概率为,选B.2(2018全国卷)某群体中的每位成员使用移动支付的概率都为p,各成员的支付方式相互独立设X为该群体的10位成员中使用移动支付的人数,DX2.4,P(X4)P(X6),则P()A0.7 B0.6C0.4 D0.3解析:BXB(10,p),所以10p(1p)2.4,且Cp4(1p)6Cp6(1p)4.即,p0.6.3(2019天津卷)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
3、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发生的概率解:(1)因为甲同学上学期间的三天中到校情况相互独立,且每天7:30之前到校的概率均为,故XB,从而P(Xk)Ck3k,(k0,1,2,3.)所以,随机变量X的分布列为X0123P随机变量X的数学期望E(X)32.(2)设乙同学上学期间的三天中7:30之前到校的天数为Y,则YB,且MX3,Y1X2,Y0由题意知事件X3,Y1与X2,Y0互斥,且事件X3与Y1,事件X2与Y0均相互独立,从而由()知P(M)P(X3,Y1X2,Y0)P(X3,Y1)P(X2,Y
4、0)P(X3)P(Y1)P(X2)P(Y0).主干整合1概率模型公式及相关结论(1)古典概型的概率公式P(A).(2)几何概型的概率公式P(A).(3)相互独立事件同时发生的概率:若A,B相互独立,则P(AB)P(A)P(B)(4)若事件A,B互斥,则P(AB)P(A)P(B),P()1P(A)2独立重复试验与二项分布如果事件A在一次试验中发生的概率是p,那么它在n次独立重复试验中恰好发生k次的概率为Pn(k)Cpk(1p)nk,k0,1,2,n.用X表示事件A在n次独立重复试验中发生的次数,则X服从二项分布,即XB(n,p)且P(Xk)Cpk(1p)nk.3超几何分布在含有M件次品的N件产品
5、中,任取n件,其中恰有X件次品,则P(Xk),k0,1,2,m,其中mminM,n,且nN,MN,n,M,NN*,此时称随机变量X服从超几何分布超几何分布的模型是不放回抽样,超几何分布中的参数是M,N,n.4离散型随机变量的均值、方差(1)离散型随机变量的分布列为x1x2x3xinPp1p2p3pipn离散型随机变量的分布列具有两个性质;pi0;p1p2pipn1(i1,2,3,n)(2)E()x1p1x2p2xipixnpn为随机变量的数学期望或均值D()(x1E()2p1(x2E()2p2(xiE()2pi(xnE()2pn叫做随机变量的方差(3)数学期望、方差的性质E(ab)aE()b,
6、D(ab)a2D()XB(n,p),则E(X)np,D(X)np(1p)X服从两点分布,则E(X)p,D(X)p(1p)热点一古典概型、几何概型例1(1)(2019全国卷)我国古代典籍周易用“卦”描述万物的变化每一“重卦”由从下到上排列的6个爻组成,爻分为阳爻“”和阴爻“”,右图就是一重卦在所有重卦中随机取一重卦,则该重卦恰有3个阳爻的概率是()A.B.C. D.解析A在所有重卦中随机取一重卦,其基本事件总数n2664,恰有3个阳爻的基本事件数为C20,所以在所有重卦中随机取一重卦,该重卦恰有3个阳爻的概率P.故选A.(2)(2018全国卷)如图来自古希腊数学家希波克拉底所研究的几何图形此图由
7、三个半圆构成,三个半圆的直径分别为直角三角形ABC的斜边BC,直角边AB,AC.ABC的三边所围成的区域记为,黑色部分记为,其余部分记为.在整个图形中随机取一点,此点取自,的概率分别记为p1,p2,p3,则()Ap1p2 Bp1p3Cp2p3 Dp1p2p3解析A法一:SABCABAC,以AB为直径的半圆的面积为2AB2,以AC为直径的半圆的面积为2AC2,以BC为直径的半圆的面积为2BC2,SABAC,SBC2ABAC,SABAC.SS.由几何概型概率公式得p1,p2,p1p2.故选A.法二:不妨设ABC为等腰直角三角形,ABAC2,则BC2,所以区域的面积即ABC的面积,为S1222,区域
8、的面积S2122,区域的面积S322.根据几何概型的概率计算公式,得p1p2,p3,所以p1p3,p2p3,p1p2p3,故选A.1求古典概型的概率,关键是正确求出基本事件总数和所求事件包含的基本事件总数常常用到排列、组合的有关知识,计数时要正确分类,做到不重不漏2计算几何概型的概率,构成试验的全部结果的区域和事件发生的区域的寻找是关键,有时需要设出变量,在坐标系中表示所需要的区域(1)(2019武汉二模)某校选定4名教师去3个边远地区支教(每地至少1人),则甲、乙两人不在同一边远地区的概率是_解析:选定4名教师去3个边远地区支教(每地至少1人),不同的支教方法有CA种而甲、乙两人在同一边远地
9、区支教的不同方法有CA种,所以甲、乙两人不在同一边远地区支教的概率为P1.答案:(2)(2020贵阳模拟)折纸已经成为开发少年儿童智力的一种重要工具和手段,已知在折叠“爱心”活动中,会产生如图所示的几何图形,其中四边形ABCD为正方形,G为线段BC的中点,四边形AEFG与四边形DGHI也是正方形,连接EB,CI,则向多边形AEFGHID中投掷一点,该点落在阴影部分的概率为_解析:设AB2,则BG1,AG,故多边形AEFGHID的面积S22212;阴影部分为两个对称的三角形,其中EAB90GAB,故阴影部分的面积S2AEABsinEAB2AEABcosGAB224,故所求概率p.答案:热点二互斥
10、事件、相互独立事件的概率例2(1)(2019惠州二调)某个部件由两个电子元件按如图方式连接而成,元件1或元件2正常工作,则部件正常工作,设两个电子元件的使用寿命(单位:小时)均服从正态分布N(1 000,502),且各个元件能否正常工作相互独立那么该部件的使用寿命超过1 000小时的概率为_解析通解:由正态分布知元件1,2的平均使用寿命为1 000小时,设元件1,2的使用寿命超过1 000小时分别记为事件A,B显然P(A)P(B),所以该部件的使用寿命超过1 000小时的事件为ABAB,所以其概率P.优解:由两个电子元件的使用寿命均服从正态分布N(1 000,502)得:两个电子元件的使用寿命
11、超过1 000小时的概率均为P,则该部件使用寿命超过1 000小时的概率为:P11(1P)2.答案(2)(2019苏州三模)现有4个人去参加春节联欢活动,该活动有甲、乙两个项目可供参加者选择,为增加趣味性,约定:每个人通过掷一枚质地均匀的骰子决定自己去参加哪个项目联欢,掷出点数为1或2的人去参加甲项目联欢,掷出点数大于2的人去参加乙项目联欢求这4人中恰好有2人去参加甲项目联欢的概率;求这4人中去参加甲项目联欢的人数大于去参加乙项目联欢的人数的概率解依题意,这4个人中,每个人去参加甲项目联欢的概率为,去参加乙项目联欢的概率为.设“这4个人中恰好有i人去参加甲项目联欢”为事件Ai(i0,1,2,3
12、,4),则P(Ai)Ci4i.这4个人中恰好有2人去参加甲项目联欢的概率P(A2)C22.设“这4个人中去参加甲项目联欢的人数大于去参加乙项目联欢的人数”为事件B,则BA3A4,故P(B)P(A3)P(A4)C3C4.这4个人中去参加甲项目联欢的人数大于去参加乙项目联欢的人数的概率为.求复杂事件概率的方法及注意点(1)直接法:正确分析复杂事件的构成,将复杂事件转化为几个彼此互斥的事件的和事件或几个相互独立事件同时发生的积事件或独立重复试验问题,然后用相应概率公式求解(2)间接法:当复杂事件正面情况较多,反面情况较少时,可利用其对立事件进行求解对于“至少”“至多”等问题往往也用这种方法求解(3)
13、注意点:注意辨别独立重复试验的基本特征:在每次试验中,试验结果只有发生与不发生两种情况;在每次试验中,事件发生的概率相同(2019全国卷)11分制乒乓球比赛,每赢一球得1分,当某局打成1010平后,每球交换发球权,先多得2分的一方获胜,该局比赛结束甲、乙两位同学进行单打比赛,假设甲发球时甲得分的概率为0.5,乙发球时甲得分的概率为0.4,各球的结果相互独立在某局双方1010平后,甲先发球,两人又打了X个球该局比赛结束(1)求P(X2);(2)求事件“X4且甲获胜”的概率解:(1)X2就是1010平后,两人又打了2个球该局比赛结束,则这2个球均由甲得分,或者均由乙得分因此P(X2)0.50.4(
14、10.5)(10.4)0.5.(2)X4且甲获胜,就是1010平后,两人又打了4个球该局比赛结束,且这4个球的得分情况为:前两球是甲、乙各得1分,后两球均为甲得分因此所求概率为0.5(10.4)(10.5)0.40.50.40.1.热点三离散型随机变量的分布列数据分析素养数据分析分布列问题中的核心素养通过求离散型随机变量的分布列,进行数据分析,可以明确变量取哪些值时的概率最大,可以帮助我们作出有益的决策.以统计图表为背景的随机变量的分布列均值例31(2020聊城调研)某超市计划月订购一种冰激凌,每天进货量相同,进货成本每桶5元,售价每桶7元,未售出的冰激凌以每桶3元的价格当天全部处理完毕,根据
15、往年销售经验,每天需求量与当天最高气温(单位:)有关如果最高气温不低于25,需求量600桶;如果最高气温位于区间20,25),需求量为400桶;如果最高气温低于20,需求量为200桶为了确定六月份的订购计划,统计了前三年六月份各天的最高气温数据,得下面的频数分布表:最高气温10,15)15,20)20,25)25,30)30,35)35,40)天数216362574以最高气温位于各区间的频率代替最高气温位于该区间的概率(1)求六月份这种冰激凌一天需求量X(单位:桶)的分布列(2)设六月份一天销售这种冰激凌的利润为Y(单位:元),当六月份这种冰激凌一天的进货量n(单位:桶)为多少时,Y的数学期望
16、取得最大值?审题指导(1)要求冰激凌一天需求量X的分布列,只要确定X的取值及其对应事件的含义,然后用频率估计概率(2)要求Y的数学期望,只要明确X与Y的关系,借助X的分布列,得到Y的期望解析(1)由已知得:X的可能取值为200,400和600.记六月份最高气温低于20为事件A1,最高气温位于区间20,25)为事件A2,最高气温不低于25为事件A3,根据题意,结合频数分布表,用频率估计概率,知P(X200)P(A1),P(X400)P(A2),P(X600)P(A3).故六月份这种冰激凌一天的需求量X(单位:桶)的分布列为:X200400600P(2)结合题意得当n200时,E(Y)2n400.
17、当200n400时,E(Y)2002(n200)(2)n2n160(400,640当400n600时,E(Y)2002(n200)(2)4002(n400)(2)n2n800560,640)当n600时,E(Y)2002(n200)(2)4002(n400)(2)6002(n600)(2)1 7602n560.所以当n400时,Y的数学期望E(Y)取得最大值640.以复杂事件为背景的随机变量的分布列、均值例32(2019青岛三模)某快递公司收取快递费用的标准是:首重(小于等于1 kg)10元/kg,续重5元/kg(不足1 kg的按1 kg计算)该公司对近60天中每天揽件数量统计如下表.包裹件数
18、范围0100101200201300301400401500包裹件数(近似处理)50150250350450天数6630126(1)某人打算将A(0.3 kg),B(1.8 kg),C(1.5 kg)三件礼物随机分成两个包裹寄出,求该人支付的快递费不超过30元的概率;(2)该公司从收取的每件快递的费用中抽取5元作为前台工作人员的工资和公司利润,剩余的作为其他费用前台工作人员每人每天揽件不超过150件,工资100元,目前前台有工作人员3人,那么公司将前台工作人员裁员1人对提高公司利润是否更有利?审题指导(1)借助表格利用列举法列出所有组合的可能性,然后根据古典概型的概率计算公式求解即可;(2)建
19、立模型,求出不裁减人员和裁减人员公司利润的概率分布列,分别求出数学期望,比较大小即可得最优方案解析(1)由题意,所有可能出现的情况如下表.情况包裹一包裹二支付的总快递费礼物重量/kg快递费/元礼物重量/kg快递费/元1A0.310B,C3.325352B1.815A,C1.815303C1.515A,B2.12035所有情况中,快递费不超过30元的情况有1种,根据古典概型概率计算公式,所求概率为.(2)根据题意得下表.包裹件数范围0100101200201300301400401500包裹件数(近似处理)50150250350450天数6630126频率0.10.10.50.20.1若不裁员,
20、则每天可揽件的上限为450件,公司每日揽件数情况如下表.包裹件数(近似处理)50150250350450实际揽件数50150250350450频率0.10.10.50.20.1平均揽件数500.11500.12500.53500.24500.1260.故公司每日利润的期望值为260531001 000(元)若裁员1人,则每天可揽件的上限为300件,公司每日揽件数情况如下表.包裹件数(近似处理)50150250350450实际揽件数50150250300300频率0.10.10.50.20.1平均揽件数500.11500.12500.53000.23000.1235故公司每日利润的期望值为235
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