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- 2021-06-16 发布
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独立重复试验与二项分布
【学习目标】
1.理解n次独立重复试验模型及二项分布.
2.能利用n次独立重复试验及二项分布解决一些简单的实际问题.
【要点梳理】
要点一、n次独立重复试验
每次试验只考虑两种可能结果与,并且事件发生的概率相同。在相同的条件下重复地做次试验,各次试验的结果相互独立,称为次独立重复试验。
要点诠释:
在次独立重复试验中,一定要抓住四点:
①每次试验在同样的条件下进行;
②每次试验只有两种结果与,即某事件要么发生,要么不发生;
③每次试验中,某事件发生的概率是相同的;
④各次试验之间相互独立。
总之,独立重复试验,是在同样的条件下重复的,各次之间相互独立地进行的一种试验,在这种试验中,每一次的试验结果只有两种,即某事件要么发生,要么不发生,并且任何一次试验中发生的概率都是一样的。
要点二、独立重复试验的概率公式
1.定义
如果事件A在一次试验中发生的概率为P,那么n次独立重复试验中,事件A恰好发生k次的概率为:
(k=0,1,2,…,n).
令得,在n次独立重复试验中,事件A没有发生的概率为
令得,在n次独立重复试验中,事件A全部发生的概率为。
要点诠释:
1. 在公式中,n是独立重复试验的次数,p是一次试验中某事件A发生的概率,k是在n次独立重复试验中事件A恰好发生的次数,只有弄清公式中n,p,k的意义,才能正确地运用公式.
2. 独立重复试验是相互独立事件的特例,就像对立事件是互斥事件的特例一样,只是有“恰好”字样的用独立重复试验的概率公式计算更方便.
要点三、n次独立重复试验常见实例:
1.反复抛掷一枚均匀硬币
2.已知产品率的抽样
3.有放回的抽样
4.射手射击目标命中率已知的若干次射击
要点诠释:
抽样问题中的独立重复试验模型:
①从产品中有放回地抽样是独立事件,可按独立重复试验来处理;
②从小数量的产品中无放回地抽样不是独立事件,只能用等可能事件计算;
③从大批量的产品中无放回地抽样,每次得到某种事件的概率是不一样的,但由于差别太小,相当于是独立事件,所以一般情况下仍按独立重复试验来处理。
要点四、离散型随机变量的二项分布
1. 定义:
在一次随机试验中,事件A可能发生也可能不发生,在次独立重复试验中事件A发生的次数是一个离散型随机变量.如果在一次试验中事件A发生的概率是,则此事件不发生的概率为,那么在次独立重复试验中事件A恰好发生次的概率是
,().
于是得到离散型随机变量的概率分布如下:
ξ
0
1
…
k
…
n
P
…
…
由于表中第二行恰好是二项展开式
中各对应项的值,所以称这样的随机变量服从参数为,的二项分布,记作.
要点诠释:
判断一个随机变量是否服从二项分布,关键有三:
其一是独立性。即每次试验的结果是相互独立的;
其二是重复性。即试验独立重复地进行了n次;
其三是试验的结果的独特性。即一次试验中,事件发生与不发生,二者必居其一。
2.如何求有关的二项分布
(1)分清楚在n次独立重复试验中,共进行了多少次重复试验,即先确定n的值,然后确定在一次试验中某事件A发生的概率是多少,即确定p的值,最后再确定某事件A恰好发生了多少次,即确定k的值;
(2)准确算出每一种情况下,某事件A发生的概率;
(3)用表格形式列出随机变量的分布列。
【典型例题】
类型一、独立重复试验的概率
例1. 有一批种子,每粒发芽的概率为0.90,播下5粒种子,计算:
(1)其中恰有4粒发芽的概率(结果保留两个有效数字);
(2)其中至少有4粒发芽的概率(结果保留两个有效数字).
【思路点拨】 播下5粒种子相当于做了5次独立重复试验.利用独立重复试验公式即可.
【解析】 (1)播下5粒种子相当于做了5次独立重复试验,根据n次独立重复试验中某事件恰好发生k次的概率公式,5粒种子恰好4粒发芽的概率为
.
(2)5粒种子至少有4粒发芽的概率,就是5粒种子恰有4粒发芽与5粒种子都发芽的概率的和,
即.
【总结升华】 解决此类问题,首先应明确是否是n次独立重复试验,其次要弄清公式中n和k的值以及p的值.
举一反三:
【变式1】某气象站天气预报的准确率为,计算(结果保留两个有效数字):
(1)5次预报中恰有4次准确的概率;
(2)5次预报中至少有4次准确的概率
【答案】
(1)记“预报1次,结果准确”为事件.则,
且预报5次相当于5次独立重复试验,
故5次预报中恰有4次准确的概率;
(2)5次预报中至少有4次准确的概率:
【变式2】(2015秋 青海校级期末)若,则等于( )
A. B. C. D.
【答案】D
。
【变式3】某车间的5台机床在1小时内需要工人照管的概率都是,求1小时内5台机床中至少2台需要工人照管的概率是多少?(结果保留两个有效数字)
【答案】记事件=“1小时内,1台机器需要人照管”,1小时内5台机器需要照管相当于5次独立重复试验
1小时内5台机床中没有1台需要工人照管的概率,
1小时内5台机床中恰有1台需要工人照管的概率,
所以1小时内5台机床中至少2台需要工人照管的概率为
答:1小时内5台机床中至少2台需要工人照管的概率约为.
【高清课堂:独立重复试验与二项分布409089 例题1】
例2.实力相等的甲、乙两队参加乒乓球团体比赛,规定5局3胜(即5局内谁先赢3局就算胜出,并停止比赛)
(1)试分别求甲打完3局、4局、5局才能取胜的概率;
(2)按比赛规则甲获胜的概率。
【思路点拨】首先要真正弄明白打完4局、5局才能取胜的比赛具体情况。
【解析】(1)甲、乙两队实力相等,所以每局比赛甲、乙获胜的概率均为,
记事件A=“甲打完3局就取胜”,
记事件B=“甲打完4局才能取胜”,
记事件C=“甲打完5局才能取胜”。
①甲打完3局取胜,相当于进行3次独立重复试验,且每局比赛甲均取胜
∴甲打完3局取胜的概率为.
②甲打完4局才能取胜,相当于进行4次独立重复试验,且甲第4局比赛取胜,前3局为2胜1负
∴甲打完4局才能取胜的概率为.
③甲打完5局才能取胜,相当于进行5次独立重复试验,且甲第5局比赛取胜,前4局恰好2胜2负
∴甲打完5局才能取胜的概率为.
(2)事件=“按比赛规则甲获胜”,则,
又因为事件、、彼此互斥,
∴按比赛规则甲获胜的概率为.
【总结升华】在“五局三胜制”的规则下,比赛不一定要打满五局,这就要根据实际比赛情况分类讨论,切不可盲目套用n次独立重复试验概率公式,否则会得到错误的结论。
本题中,无论比赛几局,只要甲获胜,必须甲在最末一局胜,如比赛4局,甲以3:1获胜,须前三局中甲胜二局负一局,第四局甲胜.
举一反三:
【变式】甲乙两选手比赛,假设每局比赛甲胜的概率为0.6,乙胜的概率为0.4,那么采取三局两胜制还是五局三胜制对甲更有利?你对局制长短的设置有何认识?
【答案】三局两胜制中,甲获胜分三种情形:甲连胜两局;甲前两局中胜一局,第三局胜.
故P(甲获胜)=0.62+×0.62×0.4=0.648.
五局三胜制中,甲获胜分三种情形:甲连胜三局;甲前三局中胜两局,第四局胜;甲前四局中胜两局,第五局胜.
故P(甲获胜)=0.63+×0.63×0.4+×0.63×0.42≈0.683.
可以看出五局三胜制对甲有利,并由此可以猜测比赛的总局数越多甲获胜的概率越大.因此,为使比赛公平,比赛的局数不能太少.
类型二、离散型随机变量的二项分布
例3.已知一袋中装有6个黑球,4个白球,有放回地依次取出3个球,求取到的白球个数X的分布列。
【思路点拨】有放回地依次取出3个球,相当于三次独立重复试验,其取到的白球个数X服从二项分布,即,故可用n次独立重复试验的概率公式来计算,从而写出分布列。
【解析】设“取一次球,取到白球”为事件A,可得,,
因为这三次摸球互不影响,所以
。
所以离散型随机变量X的分布列为
X
0
1
2
3
P
【总结升华】
①本题的关键是首先确定进行了三次独立重复试验,然后确定每次试验的结果相互独立,从而可知离散型随机变量X服从二项分布,即,然后运用n次独立重复试验的概率公式计算。
②注意n次独立重复试验中,离散型随机变量X服从二项分布,即,这里n是独立重复试验的次数,p是每次试验中某事件发生的概率。
举一反三:
【变式1】(2015春 葫芦岛期末)设随机变量服从X~B(2,P),Y~B(3,P),若,则P(Y=2)=________
【答案】
∵随机变量服从X~B(2,P),
∴,
∴
∴
∴
故答案为:
【变式2】9粒种子分别种在3个坑内,每个坑内种3粒种子,每粒种子发芽的概率为0.5,若一个坑内至少有一粒种子发芽,则这个坑就不需要补种,若一个坑内的种子都没有发芽,则这个坑就需要补种,假定每个坑至多补种一次,每补种子1次需10元,写出补种费用X的分布列。(精确到0.01)
【答案】因为单个坑内3粒子种都不发芽的概率为,
所以单个坑内不需要补种的概率为;
3个坑都不需要补种的概率为;
恰有1个坑需要补种的概率为;
恰有2个坑需要补种的概率为;
3个坑都需要补种的概率为。
所以补种费用X的分布列为
X
0
10
20
30
P
0.670
0.287
0.041
0.002
【变式3】 某射手击中目标的概率为0.8,现有4发子弹,击中目标或打完子弹就停止射击,求射击次数X的概率分布.
【答案】
错解: X的可能取值是1,2,3,4.
P(X=1)=0.8;;
;
.
所以X的概率分布列为
X
1
2
3
4
P
0.8
0.32
0.096
0.0256
错解分析: 错将本题理解为二项分布,本题实质上不是二项分布,而是求事件A首次发生出现在第k次试验中的概率,要使首次发生出现在第k次试验,必须而且只需在前(k-1)次试验中都出现.
正解 X的可能取值是1,2,3,4.
P(X=1)=0.8;P(X=2)=0.2×0.8=0.16;
P(X=3)=0.22×0.8=0.032;P(X=4)=0.23=0.008.
所以X的概率分布列为
X
1
2
3
4
P
0.8
0.16
0.032
0.008
类型三、独立重复试验与二项分布综合应用
例4.某射手进行射击训练,假设每次射击击中目标的概率为,且每次射击的结果互不影响,已知射手射击了5次,求:
(1)其中只在第一、三、五次击中目标的概率;
(2)其中恰有3次击中目标的概率;
(3)其中恰有3次连续击中目标,而其他两次没有击中目标的概率。
【思路点拨】由于“每次射击击中目标”的概率相同,各次射击的结果互不影响,相互独立,所以射击5次,即为5次独立重复试验。
【解析】
(1)该射手射击了5次,其中只在第一、三、五次击中目标,
相当于射击了5次,在第一、三、五次击中目标,在第二、四次没有击中目标,所以只有一种情况,
又因为各次射击的结果互不影响,
故所求概率为;
(2)法一:该射手射击了5次,其中恰有3次击中目标。
相当于5次当中选3次击中,其余两次未击中,共有种情况。
故所求概率为;
法二:因为各次射击的结果互不影响,所以符合n次独立重复试验概率模型。
该射手射击了5次,其中恰有3次击中目标的概率为
;
(3)该射手射击了5次,其中恰有3次连续击中目标,而其他两次没有目标,
把3次连续击中目标看成一个整体,可得共有种情况。
故所求概率为。
【总结升华】注意“恰有k次发生”和“某指定的k次发生”的差异。
举一反三:
【变式1】某人对一目标进行射击,每次命中率都是0.25,若使至少命中1次的概率不小于0.75,至少应射击几次?
【答案】设要使至少命中1次的概率不小于0.75,应射击次
记事件=“射击一次,击中目标”,则.
∵射击次相当于次独立重复试验,
∴事件至少发生1次的概率为.
由题意,令,∴,∴,
∴至少取5.
答:要使至少命中1次的概率不小于0.75,至少应射击5次
【变式2】甲、乙两人各射击一次,击中目标的概率分别是 .假设两人射击是否击中目标,相互之间没有影响; 每人各次射击是否击中目标,相互之间也没有影响.
(1)求甲射击4次,至少1次未击中目标的概率;
(2)假设某人连续2次未击中目标,则停止射击.问:乙恰好射击5次后,被中止射击的概率是多少?
【答案】
(1)记“甲连续射击4次,至少1次未击中目标”为事件A1,由题意,射击4次,相当于4次独立重复试验,故P(A1)=
答:甲射击4次,至少1次未击中目标的概率为 ;
(2) 记“乙恰好射击5次后,被中止射击”为事件A3,“乙第i次射击未击中” 为事件Di,(i=1,2,3,4,5),则 ,由于各事件相互独立,
故
答:乙恰好射击5次后,被中止射击的概率是
【高清课堂:独立重复试验与二项分布409089 例题5】
【变式3】某种有奖销售的饮料,瓶盖内印有“奖励一瓶”或“谢谢购买”字样,购买一瓶若其瓶盖内印有“奖励一瓶”字样即为中奖,中奖概率为.甲、乙、丙三位同学每人购买了一瓶该饮料。
(Ⅰ)求甲中奖且乙、丙都没有中奖的概率;
(Ⅱ)求中奖人数ξ的分布列.
【答案】(1)设甲、乙、丙中奖的事件分别为A、B、C,那么
P(A)=P(B)=P(C)=
P()=P(A)P()P()=
答:甲中奖且乙、丙都没有中奖的概率为……………………………………6分
(2)ξ的可能值为0,1,2,3
P(ξ=k)=(k=0,1,2,3)
所以中奖人数ξ的分布列为
ξ
0
1
2
3
P
例6.一袋中装有分别标记着1、2、3、4 数字的4个球, 从这只袋中每次取出1个球, 取出后放回, 连续取三次, 设三次取出的球中数字最大的数为ξ.(1) 求ξ=3时的概率; (2) 求ξ的概率分布列.
【思路点拨】取出的三个球中数字最大者为3的事件分为三类,每类为典型的独立重复试验。
【答案】
(1) ξ=3表示取出的三个球中数字最大者为3
①三次取球均出现最大数字为3的概率 P1=
②三取取球中有2次出现最大数字3的概率
③三次取球中仅有1次出现最大数字3的概率
三次取出的球中数字最大的数为3的概率
(2) 在ξ=k时, 利用(1)的原理可知:
(k=1,2,3,4). ξ 的概率分布列为:
ξ
1
2
3
4
P
【总结升华】本题主要考查限制条件下的概率计算.处理离散型变量时,注意正确判断随机变量的取值,全面剖析各个随机变量所包含的各种事件及相互关系,准确计算变量的每个取值的概率。
举一反三:
【变式1】一厂家向用户提供的一箱产品共10件,其中有2件次品,用户先对产品进行抽检以决定是否接收.抽检规则是这样的:一次取一件产品检查(取出的产品不放回箱子),若前三次没有抽查到次品,
则用户接收这箱产品;若前三次中一抽查到次品就立即停止抽检,并且用户拒绝接收这箱产品.
(1)求这箱产品被用户接收的概率;
(2)记抽检的产品件数为,求的分布列和数学期望.
【答案】(1)设“这箱产品被用户接收”为事件,.
即这箱产品被用户接收的概率为.
(2)的可能取值为1,2,3.
=,
=,
=,
∴的概率分布列为:
1
2
3
∴=.
【变式2】厂家在产品出厂前,需对产品做检验,厂家将一批产品发给商家时,商家按合同规定也需要随即抽取一定数量的产品做检验,以决定是否接收这批产品。
(I)若厂家库房中的每件产品合格率为0.8,从中任意取出4件进行检验,求至少有1件是合格的概率。
(Ⅱ)若厂家发给商家20件产品,其中有3件不合格,按合同规定该商家从中任意取2件进行检验,只有2件产品都合格才接收这批产品,否则拒收,求该商家检验出不合格产品数X的分布列,并求该商家拒收这批产品的概率。
【答案】
(I)记“厂家任意取出4件产品检验,其中至少有一件是合格品“为事件A,
则
(Ⅱ)的可能取值为0,1,2,
所以的概率分布为
0
1
2