2019版高考数学(理)高分计划一轮高分讲义:第10章 计数原理、概率、随机变量及其分布 10.9 离散型随机变量的均值、方差和正态分布 .docx
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1、109离散型随机变量的均值、方差和正态分布知识梳理1离散型随机变量的均值与方差若离散型随机变量X的分布列为Xx1x2xixnPp1p2pipn(1)均值:称E(X)x1p1x2p2xipixnpn为随机变量X的均值或数学期望,它反映了离散型随机变量取值的平均水平(2)D(X)(xiE(X)2pi为随机变量X的方差,它刻画了随机变量X与其均值E(X)的平均偏离程度,其算术平方根为随机变量X的标准差2均值与方差的性质(1)E(aXb)aE(X)b;(2)D(aXb)a2D(X)(a,b为常数)3两点分布与二项分布的均值、方差XX服从两点分布XB(n,p)E(X)pnpD(X)p(1p)np(1p)
2、4正态曲线(1)正态曲线的定义函数,(x)e,x(,),其中实数和(0)为参数,称,(x)的图象为正态分布密度曲线,简称正态曲线(是正态分布的期望,是正态分布的标准差)(2)正态曲线的特点曲线位于x轴上方,与x轴不相交;曲线是单峰的,关于直线x对称;曲线在x处达到峰值;曲线与x轴之间的面积为1;当一定时,曲线的位置由确定,曲线随着的变化而沿x轴平移;当一定时,曲线的形状由确定,越小,曲线越“高瘦”,表示总体的分布越集中;越大,曲线越“矮胖”,表示总体的分布越分散5正态分布(1)正态分布的定义及表示如果对于任何实数a,b(ab),随机变量X满足P(aXb),(x)dx(即xa,xb,正态曲线及x
3、轴围成的曲边梯形的面积),则称随机变量X服从正态分布,记作XN(,2)(2)正态分布的三个常用数据P(X)0.6826;P(2X2)0.9544;P(3X3)0.9974.诊断自测1概念思辨(1)随机变量不可以是负数,随机变量所对应的概率可以是负数,随机变量的均值不可以是负数()(2)正态分布中的参数和完全确定了正态分布,参数是正态分布的期望,是正态分布的标准差()(3)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. ()(4)一个随机变量如果是众多的、互不相干的、不分主次的偶然因素作用结果之和,它就服从或近似服从正态分布()答案(1
4、)(2)(3)(4)2教材衍化(1)(选修A23P68T1)已知X的分布列为X101P设Y2X3,则E(Y)的值为()A. B4 C1 D1答案A解析E(X),E(Y)E(2X3)2E(X)33.故选A.(2)(选修A23P75A组T1)正态分布密度函数为,(x)e,x(,),则总体的平均数和标准差分别为()A0和8 B0和4 C0和2 D0和答案C解析根据已知条件可知0,2,故选C.3小题热身(1)(2015山东高考)已知某批零件的长度误差(单位:毫米)服从正态分布N(0,32),从中随机取一件,其长度误差落在区间(3,6)内的概率为()(附:若随机变量服从正态分布N(,2),则P()68.
5、26%,P(22)95.44%.)A4.56% B13.59% C27.18% D31.74%答案B解析P(33)68.26%,P(66)95.44%,则P(36)(95.44%68.26%)13.59%.故选B.(2)(2018张掖检测)如图,将一个各面都涂了油漆的正方体,切割为125个同样大小的小正方体经过搅拌后,从中随机取一个小正方体,记它的涂漆面数为X,则X的均值E(X)()A. B. C. D.答案B解析设涂0个面的小正方体有x个,涂1个面的小正方体有y个,涂2个面的小正方体有z个,涂3个面的小正方体有w个,则有0x1y2z3w256150,所以E(X)0123.故选B.题型1与二项
6、分布有关的期望与方差(2017山西太原模拟)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抽奖规则如下:1抽奖方案有以下两种,方案a:从装有2个红球、3个白球(仅颜色不同)的甲袋中随机摸出2个球,若都是红球,则获得奖金30元;否则,没有奖金,兑奖后将摸出的球放回甲袋中;方案b:从装有3个红球、2个白球(仅颜色不同)的乙袋中随机摸出2个球,若都是红球,则获得奖金15元;否则,没有奖金,兑奖后将摸出的球放回乙袋中2抽奖条件:顾客购买商品的金额满100元,可根据方案a抽奖一次;满150元,可根据方案b抽奖一次(例如某顾客购买商品的金额为260元,则该顾客可以根据方案a抽奖两次或方案b抽奖一
7、次或方案a、b各抽奖一次)已知顾客A在该商场购买商品的金额为350元(1)若顾客A只选择方案a进行抽奖,求其所获奖金的期望;(2)要使所获奖金的期望值最大,顾客A应如何抽奖?解(1)按方案a抽奖一次,获得奖金的概率P.顾客A只选择方案a进行抽奖,则其可以按方案a抽奖三次此时中奖次数服从二项分布B.设所得奖金为w1元,则E(w1)3309.即顾客A所奖资金的期望为9元(2)按方案b抽奖一次,获得奖金的概率P1.若顾客A按方案a抽奖两次,按方案b抽奖一次,则由方案a中奖的次数服从二项分布B1,由方案b中奖的次数服从二项分布B2,设所得奖金为w2元,则E(w2)23011510.5.若顾客A按方案b
8、抽奖两次,则中奖的次数服从二项分布B3.设所得奖金为w3元,则E(w3)2159.结合(1)可知,E(w1)E(w3)E(w2)所以顾客A应该按方案a抽奖两次,按方案b抽奖一次方法技巧与二项分布有关的期望、方差的求法1求随机变量的期望与方差时,可首先分析是否服从二项分布,如果B(n,p),则用公式E()np,D()np(1p)求解,可大大减少计算量2有些随机变量虽不服从二项分布,但与之具有线性关系的另一随机变量服从二项分布,这时,可以综合应用E(ab)aE()b以及E()np求出E(ab),同样还可求出D(ab)冲关针对训练(2014辽宁高考)一家面包房根据以往某种面包的销售记录,绘制了日销售
9、量的频率分布直方图,如图所示将日销售量落入各组的频率视为概率,并假设每天的销售量相互独立(1)求在未来连续3天里,有连续2天的日销售量都不低于100个且另1天的日销售量低于50个的概率;(2)用X表示在未来3天里日销售量不低于100个的天数,求随机变量X的分布列,期望E(X)及方差D(X)解(1)设A1表示事件“日销售量不低于100个”,A2表示事件“日销售量低于50个”,B表示事件“在未来连续3天里有连续2天日销售量不低于100个且另一天销售量低于50个”因此P(A1)(0.0060.0040.002)500.6,P(A2)0.003500.15,P(B)0.60.60.1520.108.(
10、2)X可能取的值为0,1,2,3,相应的概率为P(X0)C(10.6)30.064,P(X1)C0.6(10.6)20.288,P(X2)C0.62(10.6)0.432,P(X3)C0.630.216.分布列为X0123P0.0640.2880.4320.216因为XB(3,0.6),所以期望E(X)30.61.8,方差D(X)30.6(10.6)0.72.题型2离散型随机变量的均值与方差角度1求离散型随机变量的均值与方差(2016山东高考)甲、乙两人组成“星队”参加猜成语活动,每轮活动由甲、乙各猜一个成语,在一轮活动中,如果两人都猜对,则“星队”得3分;如果只有一人猜对,则“星队”得1分;
11、如果两人都没猜对,则“星队”得0分已知甲每轮猜对的概率是,乙每轮猜对的概率是;每轮活动中甲、乙猜对与否互不影响,各轮结果亦互不影响假设“星队”参加两轮活动,求:(1)“星队”至少猜对3个成语的概率;(2)“星队”两轮得分之和X的分布列和数学期望E(X)解(1)记事件A:“甲第一轮猜对”,记事件B:“乙第一轮猜对”,记事件C:“甲第二轮猜对”,记事件D:“乙第二轮猜对”,记事件E:“星队至少猜对3个成语”由题意,EABCDBCDACDABDABC,由事件的独立性与互斥性,得P(E)P(ABCD)P(BCD)P(ACD)P(ABD)P(ABC)P(A)P(B)P(C)P(D)P()P(B)P(C)
12、P(D)P(A)P()P(C)P(D)P(A)P(B)P()P(D)P(A)P(B)P(C)P()2.所以“星队”至少猜对3个成语的概率为.(2)由题意,随机变量X可能的取值为0,1,2,3,4,6.由事件的独立性与互斥性,得P(X0),P(X1)2,P(X2),P(X3),P(X4)2,P(X6).可得随机变量X的分布列为X012346P所以数学期望E(X)012346.角度2均值与方差的应用问题(2016全国卷)某公司计划购买2台机器,该种机器使用三年后即被淘汰机器有一易损零件,在购进机器时,可以额外购买这种零件作为备件,每个200元在机器使用期间,如果备件不足再购买,则每个500元现需决
13、策在购买机器时应同时购买几个易损零件,为此搜集并整理了100台这种机器在三年使用期内更换的易损零件数,得下面柱状图:以这100台机器更换的易损零件数的频率代替1台机器更换的易损零件数发生的概率,记X表示2台机器三年内共需更换的易损零件数,n表示购买2台机器的同时购买的易损零件数(1)求X的分布列;(2)若要求P(Xn)0.5,确定n的最小值;(3)以购买易损零件所需费用的期望值为决策依据,在n19与n20之中选其一,应选用哪个?解(1)由柱状图并以频率代替概率可得,一台机器在三年内需更换的易损零件数为8,9,10,11的概率分别为0.2,0.4,0.2,0.2.可知X的所有可能取值为16、17
14、、18、19、20、21、22,P(X16)0.20.20.04;P(X17)20.20.40.16;P(X18)20.20.20.40.40.24;P(X19)20.20.220.40.20.24;P(X20)20.20.40.20.20.2;P(X21)20.20.20.08;P(X22)0.20.20.04.所以X的分布列为X16171819202122P0.040.160.240.240.20.080.04(2)由(1)知P(X18)0.44,P(X19)0.68,故n的最小值为19.(3)记Y表示2台机器在购买易损零件上所需的费用(单位:元)当n19时,E(Y)192000.68(1
15、9200500)0.2(192002500)0.08(192003500)0.044040.当n20时,E(Y)202000.88(20200500)0.08(202002500)0.044080.可知当n19时所需费用的期望值小于n20时所需费用的期望值,故应选n19.方法技巧1求离散型随机变量的均值与方差的步骤(1)理解的意义,写出可能的全部值(2)求取每个值的概率(3)写出的分布列(4)由均值的定义求E()(5)由方差的定义求D()2由均值与方差情况求参数问题的求解思路先根据题设条件将均值、方差用待求参数表示,再由已知均值与方差构建关于参数的方程(组),然后求解3利用均值、方差进行决策的
16、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,方差越小,则偏离均值的平均程度越小,进而进行决策提醒:均值E(X)由X的分布列唯一确定,即X作为随机变量是可变的,而E(X)是不变的,它描述X值的取值的平均水平冲关针对训练(2017全国卷)某超市计划按月订购一种酸奶,每天进货量相同,进货成本每瓶4元,售价每瓶6元,未售出的酸奶降价处理,以每瓶2元的价格当天全部处理完根据往年销售经验,每天需求量与当天最高气温(单位:)有关
17、如果最高气温不低于25,需求量为500瓶;如果最高气温位于区间20,25),需求量为300瓶;如果最高气温低于20,需求量为200瓶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)求六月份这种酸奶一天的需求量X(单位:瓶)的分布列;(2)设六月份一天销售这种酸奶的利润为Y(单位:元),当六月份这种酸奶一天的进货量n(单位:瓶)为多少时,Y的数学期望达到最大值?解(1)由题意知,X所有可能取值为200
18、,300,500,由表格数据知P(X200)0.2,P(X300)0.4,P(X500)0.4.因此X的分布列为X200300500P0.20.40.4(2)由题意知,这种酸奶一天的需求量至多为500,至少为200,因此只需考虑200n500.当300n500时,若最高气温不低于25,则Y6n4n2n;若最高气温位于区间20,25),则Y63002(n300)4n12002n;若最高气温低于20,则Y62002(n200)4n8002n.因此E(Y)2n0.4(12002n)0.4(8002n)0.26400.4n.当200n300时,若最高气温不低于20,则Y6n4n2n;若最高气温低于20
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