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- 2021-06-16 发布
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概率与统计的综合问题
命题动向:统计与概率的综合是历年高考的热点内容之一,主要考查古典概型、频率分布直方图、抽样方法、数据的数字特征、统计案例等知识,命题的热点主要有概率与统计的综合、概率与独立性检验的综合等,试题多以生活中的实际问题为背景,考查学生的数据处理能力、基本运算能力、分析问题及解决问题能力.
题型1 古典概型的概率计算
例1 [2017·山东高考]某旅游爱好者计划从3个亚洲国家A1,A2,A3和3个欧洲国家B1,B2,B3中选择2个国家去旅游.
(1)若从这6个国家中任选2个,求这2个国家都是亚洲国家的概率;
(2)若从亚洲国家和欧洲国家中各任选1个,求这2个国家包括A1但不包括B1的概率.
解题视点 (1)先列举出从6个国家中任选2个国家的一切可能的结果(基本事件),再套用古典概型的概率计算公式求解;(2)利用列举法列出所有的基本事件,再数出符合题意的基本事件的个数,然后套用古典概型的概率计算公式解决.
解 (1)由题意知,从6个国家中任选两个国家,其一切可能的结果组成的基本事件有:{A1,A2},{A1,A3},{A1,B1},{A1,B2},{A1,B3},{A2,A3},{A2,B1},{A2,B2},{A2,B3},{A3,B1},{A3,B2},
{A3,B3},{B1,B2},{B1,B3},{B2,B3},共15个.
所选两个国家都是亚洲国家的事件所包含的基本事件有:{A1,A2},{A1,A3},{A2,A3},共3个,则所求事件的概率为P==.
(2)从亚洲国家和欧洲国家中各任选一个,其一切可能的结果组成的基本事件有:{A1,B1},{A1,B2},{A1,B3},{A2,B1},{A2,B2},{A2,B3},{A3,B1},{A3,B2},{A3,B3},共9个.
包括A1但不包括B1的事件所包含的基本事件有:{A1,B2},{A1,B3},共2个,则所求事件的概率为P=.
冲关策略
一般来说,对于古典概型的考查要先对事件中的所有元素进行设元或编号,再按照要求把所有的基本事件一一列举出来,从中找到满足所研究事件的基本事件,最后根据古典概型的概率计算公式求解概率.
变式训练1
[2018·沈阳模拟]随着手机上网的普及,部分高中生过度使用手机上网严重影响了其身心健康发展,这已经成为高中教育中日益严重的问题.某学校为了解学生使用手机上网情况,从甲、乙两个班级中各抽取了10名学生,得到他们每天使用手机上网时长(单位:小时)的统计表如下:
(1)依据上述数据,估计甲班这10名学生每天使用手机上网的平均时长(同一组中的数据用该组区间的中点值作代表);
(2)若把每天使用手机上网时长超过3小时的定义为“非常过度上网”.
①从甲、乙两班每天使用手机上网时长超过2小时的学生中任取2人,求至少有1人为“非常过度上网”的概率;
②以频率估计概率,如果以甲、乙两班的20名学生为样本估计全校学生每天使用手机上网的情况,该校有2000名学生,估计该校学生中“非常过度上网”的人数.
解 (1)甲班这10名学生每天使用手机上网的平均时长的估计值为=1.9(小时).
(2)①甲、乙两班中上网时长超过2小时的学生有7人,其中3人为“非常过度上网”,记该3人分别为A,B,C,其余4人分别为1,2,3,4,则任取2人的基本事件为AB,AC,A1,A2,A3,A4,BC,B1,B2,B3,B4,C1,C2,C3,C4,12,13,14,23,24,34,共21个.
记“至少有1人为‘非常过度上网’”为事件M,则包含的基本事件有12,13,14,23,24,34,共6个.
故所求的概率P(M)=1-=.
②甲、乙两班的20名学生中,“非常过度上网”的频率为,以此作为该校任取1名学生,该学生为“非常过度上网”的概率,则该校2000名学生中“非常过度上网”的人数为2000×=300.
题型2 几何概型的概率计算
例2 [2018·湖南模拟]某校举行运动会,其中三级跳远的成绩在8.0米以上(四舍五入,精确到0.1米)
的进入决赛,把所得数据进行整理后,分成6组,画出频率分布直方图的一部分(如图),已知从左到右前5个小组的频率分别为0.04,0.10,0.14,0.28,0.30,第6小组的频数是7.
(1)求进入决赛的人数;
(2)经过多次测试发现,甲的成绩均匀分布在8~10米之间,乙的成绩均匀分布在9.5~10.5米之间,现甲、乙各跳一次,求甲比乙跳得远的概率.
解题视点 第(1)问根据频率及频数计算出总人数;第(2)问根据几何概型计算出概率.
解 (1)第6小组的频率为1-(0.04+0.10+0.14+0.28+0.30)=0.14.∴总人数为=50.
易知第4,5,6组的学生均进入决赛,人数为(0.28+0.30+0.14)×50=36,即进入决赛的人数为36.
(2)设甲、乙各跳一次的成绩分别为x,y米,则作出不等式组表示的平面区域如图中长方形ABCD.
设事件M表示“甲比乙跳得远”,则x>y,满足的区域如图中阴影部分所示.
由几何概型得P(M)=
=,即甲比乙跳得远的概率为.
冲关策略
当基本事件受两个连续变量控制时,一般是把两个连续变量分别作为一个点的横坐标和纵坐标,这样基本事件就构成了平面上的一个区域,即可借助平面区域解决.
变式训练2
[2018·郑州模拟]某港口有一个泊位,现统计了某月100艘轮船在该泊位停靠的时间(单位:小时),如果停靠时间不足半小时按半小时计时,超过半小时不足1小时按1小时计时,依此类推,统计结果如下表:
停靠时间
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
轮船数量
12
12
17
20
15
13
8
3
(1)设该月100艘轮船在该泊位的平均停靠时间为a小时,求a的值;
(2)假定某天只有甲、乙两艘轮船需要在该泊位停靠a
小时,且在一昼夜的时间段中随机到达,求这两艘轮船中至少有一艘在停靠该泊位时必须等待的概率.
解 (1)a=×(2.5×12+3×12+3.5×17+4×20+4.5×15+5×13+5.5×8+6×3)=4.
(2)设甲船到达的时间为x,乙船到达的时间为y,则
若这两艘轮船在停靠该泊位时至少有一艘船需要等待,则|y-x|<4,
所以必须等待的概率P=1-=,
故这两艘轮船中至少有一艘在停靠该泊位时必须等待的概率为.
题型3 概率与统计的综合问题
例3 [2017·北京高考]某大学艺术专业400名学生参加某次测评,根据男女学生人数比例,使用分层抽样的方法从中随机抽取了100名学生,记录他们的分数,将数据分成7组:[20,30),[30,40),…,[80,90],并整理得到如下频率分布直方图:
(1)从总体的400名学生中随机抽取一人,估计其分数小于70的概率;
(2)已知样本中分数小于40的学生有5人,试估计总体中分数在区间[40,50)内的人数;
(3)已知样本中有一半男生的分数不小于70,且样本中分数不小于70的男女生人数相等.试估计总体中男生和女生人数的比例.
解题视点 (1)利用频率分布直方图估计其分数小于70的概率;(2)求分数不小于50的频率,再根据条件可估计人数;(3)计算出100人中男生和女生人数的比例,再估计总体中男生和女生人数的比例.
解 (1)根据频率分布直方图可知,样本中分数不小于70的频率为(0.02+0.04)×10=0.6,
所以样本中分数小于70的频率为1-0.6=0.4,
所以从总体的400名学生中随机抽取一人,其分数小于70的概率估计为0.4.
(2)根据题意,样本中分数不小于50的频率为(0.01+0.02+0.04+0.02)×10=0.9,
分数在区间[40,50)内的人数为100-100×0.9-5=5,
所以总体中分数在区间[40,50)内的人数估计为400×=20.
(3)由题意可知,样本中分数不小于70的学生人数为(0.02+0.04)×10×100=60,
所以样本中分数不小于70的男生人数为60×=30,
所以样本中的男生人数为30×2=60,
女生人数为100-60=40,
所以样本中男生和女生人数的比例为60∶40=3∶2,
所以根据分层抽样原理,估计总体中男生和女生人数的比例为3∶2.
冲关策略
概率与统计作为考查考生应用意识的重要载体,已成为近几年高考的一大亮点和热点.它与其他知识融合、渗透,情境新颖,充分体现了概率与统计的工具性和交汇性.统计以考查抽样方法、样本的频率分布、样本特征数的计算为主,概率以考查概率计算为主,往往和实际问题相结合,要注意理解实际问题的意义,使之和相应的概率计算对应起来,只有这样才能有效地解决问题.
变式训练3为了参加某数学竞赛,某高级中学对高二年级理科、文科两个数学兴趣小组的同学进行了赛前模拟测试,成绩(单位:分)记录如下.
理科:79,81,81,79,94,92,85,89
文科:94,80,90,81,73,84,90,80
(1)画出理科、文科两组同学成绩的茎叶图;
(2)计算理科、文科两组同学成绩的平均数和方差,并从统计学的角度分析,哪组同学在此次模拟测试中发挥比较好;
(3)若在成绩不低于90分的同学中随机抽出3人进行培训,求抽出的3人中既有理科组同学又有文科组同学的概率.
(参考公式:样本数据x1,x2,…,xn的方差:
s2=[(x1-)2+(x2-)2+…+(xn-)2],其中为样本平均数)
解 (1)理科、文科两组同学成绩的茎叶图如下:
(2)从平均数和方差的角度看,理科组同学在此次模拟测试中发挥比较好. 理由如下:
理=× (79+81+81+79+94+92+85+89) =85,
文=×(94+80+90+81+73+84+90+80)= 84.
s=×[(79-85)2+(81-85)2+(81-85)2+(79-85)2+(94-85)2+(92-85)2+(85-85)2+(89-85)2]=31.25,
s=×[(94-84)2+(80-84)2+(90-84)2+(81-84)2+(73-84)2+(84-84)2+(90-84)2+(80-84)2]=41.75.
由于理>文,s10.828.
因此,可以在犯错误概率不超过0.1%的前提下,认为生产能力与培训时间长短有关.