高考数学总复习------排列组合与概率统计.pdf
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1、 高考数学总复习-排列组合与概率统计 【重点知识回顾】1.排列与组合 分类计数原理与分步计数原理是关于计数的两个基本原理,两者的区别在于分步计 数原理和分步有关,分类计数原理与分类有关.排列与组合主要研究从一些不同元素中,任取部分或全部元素进行排列或组合,求共有多少种方法的问题.区别排列问题与组合问题要看是否与顺序有关,与顺序有关的属于 排列问题,与顺序无关的属于组合问题.排列与组合的主要公式 排列数公式:Anm (n n!n(n1)(nm 1)(mn)m)!Ann=n!=n(n 1)(n.2)21.组合数公式:Cnm n!n(n 1)(n m 1)(mn).m!(n m)!m(m 1)2 1
2、 组合数性质:Cnm Cnn m(mn).Cn0 Cn1 Cn2 Cnn 2n Cn0 Cn2 Cn4 Cn1 Cn3 2n1 2.二项式定理 二项式定理 (a+b)n=Cn0an+C1nan1b+Cnr anrbr+Cnnbn,其中各项系数就是组合数 Cnr,展开 r rbr.式共有 n+1 项,第 r+1 项是 Tr+1=Cnan 二项展开式的通项公式 二项展开式的第 r+1 项Tr+1=Cnr anrbr(r=0,1,叫 n)做二项展开式的通项公式。二项式系数的性质 在二项式展开式中,与首末两端 “等距离”的两个二项式系数相等,r n r(r=0,1,2,n).即Cn=Cn 若 n 是偶
3、数,则中间项(第 n n 项)的二项公式系数最大,其值为 Cn2;若 n 是奇数,1 2 则中间两项(第n 1项和第n 3 n1 n1 项)的二项式系数相等,并且最大,其值为Cn 2=Cn 2.2 2 所有二项式系数和等于 2n,即 C0n+C1nC2n+Cnn=2n.奇数项的二项式系数和等于偶数项的二项式系数和,1 02 13 n1 即Cn+Cn+=Cn+Cn+=2.3.概率 (1)事件与基本事件:随机事件:在条件下,可能发生也可能不发生的事件 S 事件 不可能事件:在条件下,一定不会发生的事件 确定事件 S 必然事件:在条件下,一定会发生的事件 S 基本事件:试验中不能再分的最简单的“单位
4、”随机事件;一次试验等可能的产生一个基 本事件;任意两个基本事件都是互斥的;试验中的任意事件都可以用基本事件或其和的形式 来表示 (2)频率与概率:随机事件的频率是指此事件发生的次数与试验总次数的比值频率 往往在概率附近摆动,且随着试验次数的不断增加而变化,摆动幅度会越来越小随机事件 的概率是一个常数,不随具体的实验次数的变化而变化 (3)互斥事件与对立事件:事件 定义 集合角度理解 关系 事件 A 与 B 不可能同时 两事件交集为空 事件 A 与 B 对立,则 A 互斥事件 与 B 必为互斥事件;发生 事件 A 与 B 不可能同时 两事件互补 事件 A 与 B 互斥,但不 对立事件 一是对立
5、事件 发生,且必有一个发生 (4)古典概型与几何概型:古典概型:具有“等可能发生的有限个基本事件”的概率模型 几何概型:每个事件发生的概率只与构成事件区域的长度(面积或体积)成比例 两种概型中每个基本事件出现的可能性都是相等的,但古典概型问题中所有可能出现的 基本事件只有有限个,而几何概型问题中所有可能出现的基本事件有无限个 (5)古典概型与几何概型的概率计算公式:古典概型的概率计算公式:P(A)A 包含的基本事件的个数 基本事件的总数 构成事件 A 的区域长度(面积或体积)几何概型的概率计算公式:P(A)试验全部结果构成的区域长度(面积或体积)两种概型概率的求法都是“求比例”,但具体公式中的
6、分子、分母不同 (6)概率基本性质与公式 事件 A 的概率 P(A)的 X 围为:0P(A)1 互斥事件 A 与 B 的概率加法公式:P(A B)P(A)P(B)对立事件 A 与 B 的概率加法公式:P(A)P(B)1 (7)如果事件 A 在一次试验中发生的概率是 p,则它在 n 次独立重复试验中恰好发生 k 次 的概率是 p k k nk n的展开式的第 k+1 项.n(1 p).实际上,它就是二项式(1 p)+p (k)=Cnp 2 (8)独立重复试验与二项分布 一般地,在相同条件下重复做的 n 次试验称为 n 次独立重复试验注意这里强调了 三点:(1)相同条件;(2)多次重复;(3)各次
7、之间相互独立;二项分布的概念:一般地,在 n 次独立重复试验中,设事件 A 发生的次数为 X,在每次试验中事件 A 发生的概率为 p,那么在 n 次独立重复试验中,事件 A 恰好发生 k 次的概 率为(Xk)k k(1)nk(012)P Cp p,k,n 此时称随机变量 X 服从二项分布,记作 n X B(n,p),并称 p 为成功概率 4、统计 (1)三种抽样方法 简单随机抽样 简单随机抽样是一种最简单、最基本的抽样方法抽样中选取个体的方法有两种:放回 和不放回我们在抽样调查中用的是不放回抽取 简单随机抽样的特点:被抽取样本的总体个数有限从总体中逐个进行抽取,使抽样便于在实践中操作它是不放回
8、抽取,这使其具有广泛应用性每一次抽样时,每个个体等可能的被抽到,保证了抽样方法的公平性 实施抽样的方法:抽签法:方法简单,易于理解随机数表法:要理解好随机数表,即 表中每个位置上等可能出现 0,1,2,9 这十个数字的数表随机数表中各个位置上出 现各个数字的等可能性,决定了利用随机数表进行抽样时抽取到总体中各个个体序号的等可 能性 系统抽样 系统抽样适用于总体中的个体数较多的情况 系统抽样与简单随机抽样之间存在着密切联系,即在将总体中的个体均分后的每一段中进行抽样时,采用的是简单随机抽样 系统抽样的操作步骤:第一步,利用随机的方式将总体中的个体编号;第二步,将总体 的编号分段,要确定分段间隔
9、k,当N(为总体中的个体数,n 为样本容量)是整数时,n k N;当N不是整数时,通过从总体中剔除一些个体使剩下的个体个数 能被 n 整除,n n 这时 k N;第三步,在第一段用简单随机抽样确定起始个体编号 l,再按事先确定的规则 n 抽取样本通常是将 l 加上间隔 k 得到第 2 个编号(l k),将(l k)加上 k,得到第 3 个编号 (l 2k),这样继续下去,直到获取整个样本 分层抽样 当总体由明显差别的几部分组成时,为了使抽样更好地反映总体情况,将总体中各个个 体按某种特征分成若干个互不重叠的部分,每一部分叫层;在各层中按层在总体中所占比例 进行简单随机抽样 分层抽样的过程可分为
10、四步:第一步,确定样本容量与总体个数的比;第二步,计算出 各层需抽取的个体数;第三步,采用简单随机抽样或系统抽样在各层中抽取个体;第四步,将各层中抽取的个体合在一起,就是所要抽取的样本 (2)用样本估计总体 样本分布反映了样本在各个 X 围内取值的概率,我们常常使用频率分布直方图来表示相 应样本的频率分布,有时也利用茎叶图来描述其分布,然后用样本的频率分布去估计总体分布,总体一定时,样本容量越大,这种估计也就越精确 3 用样本频率分布估计总体频率分布时,通常要对给定一组数据进行列表、作图处理作 频率分布表与频率分布直方图时要注意方法步骤 画样本频率分布直方图的步骤:求全距 决定组距与组数分组列
11、频率分布表画频率分布直方图 茎叶图刻画数据有两个优点:一是所有的信息都可以从图中得到;二是茎叶图便于记 录和表示,但数据位数较多时不够方便 平均数反映了样本数据的平均水平,而标准差反映了样本数据相对平均数的波动程 1 n 2 有时也用标准差的平方方差来代替标准差,度,其计算公式为 s(xi x)ni1 两者实质上是一样的 (3)两个变量之间的关系 变量与变量之间的关系,除了确定性的函数关系外,还存在大量因变量的取值带有一定随机性的相关关系在本章中,我们学习了一元线性相关关系,通过建立回归直线方程就可 以根据其部分观测值,获得对这两个变量之间的整体关系的了解 分析两个变量的相关关系 时,我们可根
12、据样本数据散点图确定两个变量之间是否存在相关关系,还可利用最小二乘估 计求出回归直线方程通常我们使用散点图,首先把样本数据表示的点在直角坐标系中作出,形成散点图然后从散点图上,我们可以分析出两个变量是否存在相关关系:如果这些点大 致分布在通过散点图中心的一条直线附近,那么就说这两个变量之间具有线性相关关系,这 条直线叫做回归直线,其对应的方程叫做回归直线方程 在本节要经常与数据打交道,计算 量大,因此同学们要学会应用科学计算器 (4)求回归直线方程的步骤:n n 2;第一步:先把数据制成表,从表中计算出 ,xiyi,xy xi i1 i1 第二步:计算回归系数的 a,b,公式为 n n n n
13、 xiyi(xi)(yi)b i 1 i1 i 1,n 2 n xi)2 n xi(i 1 i 1 a y;bx 第三步:写出回归直线方程 y bxa (4)独立性检验 2 2 列联表:列出的两个分类变量 X 和 Y,它们的取值分别为 x1,x2和y1,y2的 样本频数表称为 2 2 列联表 1 分类 y1 y2 总计 x1 a b a b x2 c d c d 总计 a c b d a bcd 构造随机变量 K2 (a n(ad bc)2 d)(其中 n ab cd)b)(c d)(a c)b 4 得到 K2的观察值 k 常与以下几个临界值加以比较:如果 k 2.706,就有 9000的把握
14、因为两分类变量 X 和 Y 是有关系;如果 k 3.841 就有950 0的把握因为两分类变量 如果 k 6.635 就有 990 0 的把握因为两分类变量 如果低于 k 2.706,就认为没有充分的证据说明变量 【典型例题】考点一:排列组合 【方法解读】1、解排列组合题的基本思路:X 和 Y 是有关系;X 和 Y 是有关系;X 和 Y 是有关系 将具体问题抽象为排列组合问题,是解排列组合应用题的关键一步 对“组合数”恰当的分类计算是解组合题的常用方法;是用“直接法”还是用“间接法”解组合题,其前提是“正难则反”;2、解排列组合题的基本方法:优限法:元素分析法:先考虑有限制条件的元素的要求,再
15、考虑其他元素;位置优先法:先考虑有限制条件的位置的要求,再考虑其他位置;排异法:对有限制条件的问题,先从总体考虑,再把不符合条件的所有情况去掉。分类处理:某些问题总体不好解决时,常常分成若干类,再由分类计数原理得出结 论;注意:分类不重复不遗漏。分步处理:对某些问题总体不好解决时,常常分成若干步,再由分步计数原理解决;在解题过程中,常常要既要分类,以要分步,其原则是先分类,再分步。插空法:某些元素不能相邻或某些元素要在某特殊位置时可采用插空法,即先安排 好没有限制元条件的元素,然后再把有限制条件的元素按要求插入排好的元素之 间。捆绑法:把相邻的若干个特殊元素“捆绑”为一个大元素,然后再与其余“
16、普通元素”全排列,最后再“松绑”,将特殊元素在这些位置上全排列。穷举法:将所有满足题设条件的排列与组合逐一列举出来;这种方法常用于方法数 比较少的问题。【命题规律】排列组合的知识在高考中经常以选择题或填空题的形式出现,难度属中等。例 1.(2010XX)如图,用四种不同颜色给图中的A,B,C,D,E,F 六个点涂色,要求每个点涂一种颜色,且图中每条线 段的两个端点涂不同颜色,则不同的涂色方法用()A.288 种 B.264 种 C.240 种 D.168 种 【提示】(1)B,D,E,F 用四种颜色,则有 A44 11 24 种涂色方法;(2)B,D,E,F 用三种颜色,则有 A43 2 2
17、A43 2 12 192 种涂 色方法;(3)B,D,E,F 用两种颜色,则有 A42 2 2 48 种涂色方法;5 所以共有 24+192+48=264 种不同的涂色方法。故选 B 例 2、某校开设 10 门课程供学生选修,其中 A,B,C 三门由于上课时间相同,至多选一门 学校规定,每位同学选修三门,则每位同学不同的选修方案种数是(B)A120 B98 C63 D56 【提示】分两类:第一类 A,B,C 三门课都不选,有 C3735 种方案;第二类 A,B,C 中 选一门,剩余 7 门课中选两门,有 C13C2763 种方案故共有 356398 种方案故选 B 例 3、某班新年联欢会原定的
18、 6 个节目已排成节目单,开演前又增加了 3 个新节目,如果将 这 3 个新节目插入节目单中,那么不同的插法种数为(A)A504 B210 C336 D120 【提示】三个新节目一个一个插入节目单中,分别有 7,8,9 种方法,插法种数为 789 504或A9 9 504.故选 A A6 6 考点二:二项式定理 【内容解读】掌握二项式定理和二项式系数的性质,并能用它们计算和论证一些简单问题。对二项式定理的考查主要有以下两种题型:1、求二项展开式中的指定项问题:方法主要是运用二项式展开的通项公式;2、求二项展开式中的多个系数的和:此类问题多用赋值法;要注意二项式系数与项的 系数的区别;【命题规律
19、】历年高考二项式定理的试题以客观题的形式出现,多为课本例题、习题迁移的改编题,难度不大,重点考查运用二项式定理去解决问题的能力和逻辑划分、化归转化等思想方法。为此,只要我们把握住二项式定理及其系数性质,会把实际问题化归为数学模型问题或方程问题去解决,就可顺利获解。例 4、设(1x)8 a0 a1x a8x8,则a0,a1,a8 中奇数的个数为()A2 B3 C4 D5 解:由题知 i ,逐个验证知 0 8 i C 8(i 0,1,2,8)C 8 C 81,其它为偶数,选 A。a 例 5、组合数Cr(nr1,n、rZ)恒等于(n r+1r-1 r-1 An+1Cn-1 B(n+1)(r+1)Cn
20、-1 解:由 Cnr n!n(n1)!r!(nr)!r(r 1)!(n1)(r )r-1 nr-1 CnrCn-1 DrCn-1 nCnr 11.1)!r 例 6、在(x 1)(x2)(x 3)(x4)(x5)的展开式中,含 x4的项的系数是(A)-15(B)85(C)-120(D)274 6 解:本题可通过选括号(即 5 个括号中 4 个提供 x,其余1 个提供常数)的思路来完成。故含 x4的项的系数为(1)(2)(3)(4)(5)15.例 7、若(x+1 2x )n的展开式中前三项的系数成等差数,则展开式中 x4项的系数为 (A)6 (B)7 (C)8 (D)9 解:因为(x 1)n的展开
21、式中前三项的系数 Cn0、1Cn1、1Cn2成等差数列,所以 1Cn2 2x 2 4 Cn0 Cn1,即 n2 9n8 0,解得:n 8 或 n1(舍)。4 Tr1C8rx8r(1)r(1)rC8rx82r。令82r 4 可得,r 2,所以 x4的系数为 1 2x 2 ()2C82 7,故选 B。2 考点三:概率 【内容解读】概率试题主要考查基本概念和基本公式,对等可能性事件的概率、互斥事 件的概率、独立事件的概率、事件在 n 次独立重复试验中恰发生 k 次的概率、离散型随机变 量分布列和数学期望等内容都进行了考查。掌握古典概型和几何概型的概率求法。【命题规律】(1)概率统计试题的题量大致为
22、2 道,约占全卷总分的 6-10,试题 的难度为中等或中等偏易。(2)概率统计试题通常是通过对课本原题进行改编,通过对基础知识的重新组合、变式和拓展,从而加工为立意高、情境新、设问巧、并赋予时代气息、贴近学生实际的问题。这样的试题体现了数学试卷新的设计理念,尊重不同考生群体思维的差异,贴近考生的实际,体现了人文教育的精神。例 8、在平面直角坐标系 xoy 中,设 D 是横坐标与纵坐标的绝对值均不大于 2 的点构成 的区域,E 是到原点的距离不大于 1 的点构成的区域,向 D 中随意投一点,则落入 E 中的 概率为。解:如图:区域 D 表示边长为 4 的正方形 ABCD 的内部(含边界),区域
23、E 表示单位圆及其内部,因此 P 12。4 4 16 答案 16 点评:本题考查几何概型,利用面积相比求概率。例 9、从编号为 1,2,10 的 10 个大小相同的球中任取 4 个,则所取 4 个球的最大是 6 的概率为 (A)1 1(C)2 3 84(B)(D)21 5 5 C53 1 解:P,故选 B。C104 21 点评:本小题主要考查组合的基本知识及等可能事件的概率。例 10、在某地的奥运火炬传递活动中,有编号为 1,2,3,18 的 18 名火炬手.若从 中任选 3 人,则选出的火炬手的编号能组成 3 为公差的等差数列的概率为 7 (A)1 (B)1 51 68 (C)1 (D)1
24、306 408 解:基本事件总数为 C183 17 163。选出火炬手编号为 an a13(n1),a11 时,由 1,4,7,10,13,16 可得 4 种选法;a1 2 时,由 2,5,8,11,14,17 可得 4 种选法;a1 3 时,由 3,6,9,12,15,18 可得 4 种选法。P 4 4 4 1.17 16 3 68 点评:本题考查古典概型及排列组合问题。例 11、某一批花生种子,如果每 1 粒发牙的概率为 4,那么播下 4 粒种子恰有 2 粒发芽 5 的概率是()A.16 B.96 C.192 D.256 625 625 625 625 B(4,4),P(k2)2 2 解:
25、独立重复实验 C42 4 1 96 5 5 5 625 例 12、某射击测试规则为:每人最多射击 3 次,击中目标即终止射击,第 i 次击中目标 得 1i(i 1,2,3)分,3 次均未击中目标得 0 分已知某射手每次击中目标的概率为 0.8,其 各次射击结果互不影响 ()求该射手恰好射击两次的概率;()该射手的得分记为,求随机变量 的分布列及数学期望 解:()设该射手第 i 次击中目标的事件为(123),则 P(A)08.,Aii,()P02.A i i P(AiAi)P(Ai)P(Ai)0.20.8 0.16 ()可能取的值为 0,1,2,3 的分布列为 0 1 2 3 P 0.008 0
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