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- 2021-05-13 发布
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考点50 离散型随机变量及其分布列、离散型随机变量的均值与方差
一、选择题
1. (2013·广东高考理科·T4)已知离散型随机变量X的分布列为
X
1
2
3
p
则X的数学期望E(x)=( )
A. B. 2 C. D 3
【解题指南】本题考查离散型随机变量的期望公式,可以直接代入计算.
【解析】选A. .
2. (2013·湖北高考理科·T9)如图,将一个各面都凃了油漆的正方体,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,记它的油漆面数为X,则X的均E(X)=( )
A. B. C. D
【解题指南】先求分布列,再求E(X)。
【解析】选B. E(X)=
二、填空题
3.(2013·上海高考理科·T10)设非零常数d是等差数列的公差,随机变量等可能地取值,则方差
【解析】,.
【答案】.
4.(2013·上海高考文科·T6)
某学校高一年级男生人数占该年级学生人数的40%.在一次考试中,男、女生平均分数分别是75、80,则这次考试该年级学生平均分数为 .
【解析】
【答案】 78.
三、解答题
5. (2013·四川高考理科·T18) 某算法的程序框图如图所示,其中输入的变量x在1,2,3,…,24这24个整数中等可能随机产生.
(Ⅰ)分别求出按程序框图正确编程运行时输出y的值为i的概率Pi(i=1,2,3);
(Ⅱ)甲、乙两同学依据自己对程序框图的理解,各自编写程序重复运行n次后,统计记录了输出y的值为i(i=1,2,3)的频数.以下是甲、乙所作频数统计表的部分数据.
甲的频数统计表(部分)
运行
次数n
输出y的值
为1的频数
输出y的值
为2的频数
输出y的值
为3的频数
30
14
6
10
…
…
…
…
2 100
1 027
376
697
乙的频数统计表(部分)
运行
次数n
输出y的值
为1的频数
输出y的值
为2的频数
输出y的值
为3的频数
30
12
11
7
…
…
…
…
2 100
1 051
696
353
当n=2100时,根据表中的数据,分别写出甲、乙所编程序各自输出y的值为i(i=1,2,3)的频率(用分数表示),并判断两位同学中哪一位所编写程序符合算法要求的可能性较大.
(Ⅲ)将按程序框图正确编写的程序运行3次,求输出y的值为2的次数ξ的分布列及数学期望.
【解题指南】求解本题的关键是理解题意,并且弄清框图的功能,找到随机变量可能的取值,列出分布列再求数学期望.
【解析】(Ⅰ)变量x是在1,2,3,…,24这24个整数中随机产生的一个数,共有24种可能.
当x从1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23这12个数中产生时,输出的y=1,故P1=;
当x从2,4,8,10,14,16,20,22这8个数中产生时,输出的y=2,故P2=;
当x从6,12,18,24这4个数中产生时,输出的y=3,故P3=.
所以输出y的值为1的概率是,输出y的值为2的概率是,输出y的值为3的概率是.
(Ⅱ) 当n=2100时,甲、乙所编程序各自输出y的值为i(i=1,2,3)的频率如下:
输出y的值为1的频率
输出y的值为2的频率
输出y的值为1的频率
甲
乙
比较频率趋势与概率,可得乙同学所编程序符合算法要求的可能性较大.
(Ⅲ)随机变量的所有可能取值为0,1,2,3.
P(=0)=C30()0()3=,
P(=1)=C31()1()2=,
P(=2)=C32()2()1=,
P(=3)=C33()3()0=.
故的分布列为
0
1
2
3
P
所以,E=0´+1´+2´+3´=1,即的数学期望为1.
6. (2013·四川高考文科·T18) 某算法的程序框图如图所示,其中输入的变量在这个整数中等可能随机产生。
(Ⅰ)分别求出按程序框图正确编程运行时输出的值为的概率;
(Ⅱ)甲、乙两同学依据自己对程序框图的理解,各自编写程序重复运行n次后,统计记录了输出y的值为i(i=1,2,3)的频数.以下是甲、乙所作频数统计表的部分数据.
甲的频数统计表(部分)
运行
次数n
输出y的值
为1的频数
输出y的值
为2的频数
输出y的值
为3的频数
30
14
6
10
…
…
…
…
2 100
1 027
376
697
乙的频数统计表(部分)
运行
次数n
输出y的值
为1的频数
输出y的值
为2的频数
输出y的值
为3的频数
30
12
11
7
…
…
…
…
2 100
1 051
696
353
当时,根据表中的数据,分别写出甲、乙所编程序各自输出的值为的频率(用分数表示),并判断两位同学中哪一位所编写程序符合算法要求的可能性较大。
【解题指南】求解本题的关键是证明理解题意,并且弄清框图的功能,在第(Ⅱ)问中应比较频率的趋势与概率进行判断.
【解析】(Ⅰ)变量x是在1,2,3,…,24这24个整数中随机产生的一个数,共有24种可能.
当x从1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23这12个数中产生时,输出y的值为1,故P1=;
当x从2,4,8,10,14,16,20,22这8个数中产生时,输出y的值为2,故P2=;
当x从6,12,18,24这4个数中产生时,输出y的值为3,故P3=.
所以输出y的值为1的概率是,输出y的值为2的概率是,输出y的值为3的概率是.
(Ⅱ) 当n=2100时,甲、乙所编程序各自输出y的值为i(i=1,2,3)的频率如下:
输出y的值为1的频率
输出y的值为2的频率
输出y的值为1的频率
甲
乙
比较频率趋势与概率,可得乙同学所编程序符合算法要求的可能性较大.
7.(2013·天津高考理科·T16)一个盒子里装有7张卡片,其中有红色卡片4张,编号分别为1,2,3,4;白色卡片3张,编号分别为2,3,4.从盒子中任取4张卡片(假设取到任何一张卡片的可能性相同).
(1)求取出的4张卡片中,含有编号为3的卡片的概率.
(2)在取出的4张卡片中,红色卡片编号的最大值设为X,求随机变量X的分布列和数学期望.
【解题指南】(1)根据组合数原理求出符合条件的取法及总取法,再求概率.
(2)根据随机变量X所有可能取值列出分布列,求数学期望.
【解析】(1)设“取出的4张卡片中, 含有编号为3的卡片”为事件A,则
所以,取出的4张卡片中, 含有编号为3的卡片的概率为.
(2)设随机变量X的所有可能取值为1,2,3,4.
所以随机变量X的分布列是
X
1
2
3
4
P
随机变量X的分布列和数学期望
8.(2013·浙江高考理科·T19)
设袋子中装有a个红球,b个黄球,c个蓝球,且规定:取出一个红球得1分,取出一个黄球得2分,取出一个蓝球得3分.
(1)当a=3,b=2,c=1时,从该袋子中任取(有放回,且每球取到的机会均等)2个球,记随机变量ξ为取出此2球所得分数之和,求ξ的分布列.
(2)从该袋子中任取(每球取到的机会均等)1个球,记随机变量η为取出此球所得分数.若E(η)= ,D(η)= ,求a∶b∶c.
【解题指南】(1)在分析取到两球的颜色时,要注意是有放回地抽取,即同一个球可能两次都能抽到;(2)根据计算数学期望与方差的公式计算,寻找a,b,c之间的关系.
【解析】(1)由题意得,ξ=2,3,4,5,6,
故 ,
,
,
,
所以的分布列为
2
3
4
5
6
(Ⅱ)由题意知的分布列为
1
2
3
所以
化简得,解得
所以.
9. (2013·重庆高考理科·T18)某商场举行的“三色球”购物摸奖活动规定:在一次摸奖中,摸奖者先从装有3个红球与4个白球的袋中任意摸出3个球,再从装有1个篮球与2个白球的袋中任意摸出1个球,根据摸出4个球中红球与篮球的个数,设一、二、三等奖如下:
奖级
摸出红、蓝球个数
获奖金额
一等奖
3红1蓝
200元
二等奖
3红0蓝
50元
三等奖
2红1蓝
10元
其余情况无奖且每次摸奖最多只能获得一个奖级.
(Ⅰ)求一次摸球恰好摸到1个红球的概率;
(Ⅱ)求摸奖者在一次摸奖中获奖金额的分布列与期望.
【解题指南】首先设出相应的事件,根据古典概型的公式求出恰好摸到一个红球的概率,然后再求出相应事件的概率列出分布列求出期望.
【解析】设表示摸到个红球,表示摸到个蓝球,则与独立.
(Ⅰ)恰好摸到1个红球的概率为
(Ⅱ)的所有可能值为,且
综上知,的分布列为
从而有(元).
10. (2013·湖南高考理科·T18)某人在如图所示的直角边长为4米的三角形地块的每个格点(指纵、横直线的交叉点以及三角形的顶点)处都种了一株相同品种的作物.根据历年的种植经验,一株该种作物的年收获量Y(单位:kg)与它的“相近”作物株数X之间的关系如下表所示:
X
1
2
3
4
Y
51
48
45
42
这里,两株作物“相近”是指它们之间的直线距离不超过1米.
(1)从三角形地块的内部和边界上分别随机选取一株作物,求它们恰好“相近”的概率;
(2)从所种作物中随机选取一株,求它的年收获量的分布列与数学期望.
【解题指南】(1)本三角形地共有15株作物,其中内部3株,边界12株,结合题意求解相应概率.
(2)先弄清15株满足相应年产量的各有多少株,然后求出对应的概率,写出分布列再求期望.
【解析】(1)所种作物总株数N=1+2+3+4+5=15,其中三角形地块内部的作物株数为3,边界上的作物株数为12,从三角形地块的内部和边界上分别随机选取一株的不同结果有种,选取的两株作物恰好“相近”的不同结果有3+3+2=8种.
故从三角形地块的内部和边界上分别随机选取一株作物,它们恰好“相近”的概率为.
(2)先求从所种作物中随机选取的一株作物的年收获量Y的分布列.
因为P(Y=51)=P(X=1),P(Y=48)=P(X=2),
P(Y=45)=P(X=3),P(Y=42)=P(X=4),
所以只需求出P(X=k)(k=1,2,3,4)即可,记nk为其“相近”作物恰有k株的作物株数(k=1,2,3,4),则n1=2,n2=4,n3=6,n4=3.
由P(X=k)=得P(X=1)= ,P(X=2)= ,P(X=3)= =,P(X=4)= =,
故所求的分布列为
Y
51
48
45
42
P
所求的数学期望为
.
11. (2013·江西高考理科·T18)小波以游戏方式决定是参加学校合唱团还是参加学校排球队,游戏规则为:以O为起点,再从A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8(如图)这8个点中任取两点分别分终点得到两个向量,记这两个向量的数量积为X.若X=0就参加学校合唱团,否则就参加学校排球队.
(1)求小波参加学校合唱团的概率;
(2)求X的分布列和数学期望.
【解题指南】(1)将基本事件总数求出,然后找所求概率事件的基本事件数,由古典概型公式求得结果;(2)先确定X的可能取值,然后再计算各个概率值即得分布列,最后计算期望值.
【解析】(1)从8个点中任取两点为向量终点的不同取法共有种,时,两向量夹角为直角共有8种情形.所以小波参加学校合唱团的概率为.
(2)两向量数量积的所有可能取值为-2,-1,0,1.
时,共有2种情形,时,有10种情形,有8种情形.
所以X的分布列为
X
0
1
P
.
12. (2013·山东高考理科·T19)甲、乙两支排球队进行比赛,约定先胜3局者获得比赛的胜利,比赛随即结束.除第五局甲队获胜的概率是外,其余每局比赛甲队获胜的概率是 .假设每局比赛结果互相独立.
(Ⅰ)分别求甲队以3:0,3:1,3:2胜利的概率
(Ⅱ)若比赛结果为3:0或3:1,则胜利方得3分,对方得0分;若比赛结果为3:2,则胜利方得2分、对方得1分,求乙队得分X的分布列及数学期望.
【解题指南】(Ⅰ)本题考查了相互独立事件的概率;(Ⅱ)本题考查的是随机变量的分布列及数学期望,先列出X的所有值,并求出每个X值所对应的概率,列出分布列,然后根据公式求出数学期望.
【解析】(Ⅰ)记“甲队以3:0胜利”为事件A1,“甲队以3:1胜利”为事件A2,“甲队以3:2胜利”为事件A3,由题意,各局比赛结果相互独立,
故, , ,
所以甲队以3:0胜利、以3:1胜利的概率都为,甲队以3:2胜利的概率为.
(Ⅱ)设“乙队以3:2胜利”为事件A4,由题意,各局比赛结果相互独立,
所以.
由题意,随机变量的所有可能的取值为0,1,2,3,
根据事件的互斥性得
,
又,
,
故的分布列为
0
1
2
3
P
所以E=.
13.(2013·北京高考理科·T16)下图是某市3月1日至14日的空气质量指数趋势图,空气质量指数小于100表示空气质量优良,空气质量指数大于200表示空气重度污染,某人随机选择3月1日至3月13日中的某一天到达该市,并停留2天
(1)求此人到达当日空气重度污染的概率
(2)设X是此人停留期间空气质量优良的天数,求X的分布列与数学期望。
(3)由图判断从哪天开始连续三天的空气质量指数方差最大?(结论不要求证明)
【解题指南】(1)这是古典概型的概率计算问题,分别求出基本事件空间的基本事件总数、所求事件包含的基本事件总数,作比即可求出概率。
(2) 天数的可能取值为0,1,2,列出分布列,再求期望。
(3) 从图中找一找哪三天的波动最大,则方差也就最大。
【解析】(1)某人随机选择3月1日至3月13日中的某一天到达该市,共有13种可能。到达当日空气重度污染有2种可能。所以概率为。
(2)X可能取值为0,1,2.分布列如下
X
0
1
2
P
。
(3)5,6,7三天。
14.(2013·福建高考理科·T16)某联欢晚会举行抽奖活动,举办方设置了甲、乙两种抽奖方案,方案甲的中奖率为,中奖可以获得2分;方案乙的中奖率为,中奖可以获得3分;未中奖则不得分.每人有且只有一次抽奖机会,每次抽奖中奖与否互不影响,晚会结束后凭分数兑换奖品.
(1)若小明选择方案甲抽奖,小红选择方案乙抽奖,记他们的累计得分为X,求X≤3的概率.
(2)若小明、小红两人都选择方案甲或都选择方案乙进行抽奖,问:他们选择何种方案抽奖,累计得分的数学期望较大?
【解析】(1)由已知得:小明中奖的概率为,小红中奖的概率为,且两人中奖与否互不影响,记“这2人的累计得分X≤3”的事件为A,则A事件的对立事件为“X=5”,
因为,
所以P(A)=1-P(X=5)= ,
所以这两人的累计得分X≤3的概率为.
(2)设小明、小红都选择方案甲抽奖中奖的次数为X1,都选择方案乙抽奖中奖的次数为X2,则这两人选择方案甲抽奖累计得分的数学期望为E(2X1),选择方案乙抽奖累计得分的数学期望为E(3X2),
由已知: ,,
所以,,
所以E(2X1)=2E(X1)= ,E(3X2)=3E(X2)= ,
因为E(2X1)>E(3X2),
所以他们都选择方案甲进行抽奖时,累计得分的数学期望最大.
15. (2013·陕西高考理科·T19)
在一场娱乐晚会上,有5位民间歌手(1至5号)登台演唱,由现场数百名观众投票选出最受欢迎歌手.各位观众须彼此独立地在选票上选3名歌手,其中观众甲是1号歌手的歌迷,他必选1号,不选2号,另在3至5号中随机选2名.观众乙和丙对5位歌手的演唱没有偏爱,因此在1至5号中随机选3名歌手.
(1)求观众甲选中3号歌手且观众乙未选中3号歌手的概率.
(2)X表示3号歌手得到观众甲、乙、丙的票数之和,求X的分布列和数学期望.
【解题指南】利用相互独立事件的概率乘法公式即可得解;通过确定随机变量X的取值,求随机变量X的分布列,求随机变量X的数学期望三步完成.
【解析】(1) 设事件A 表示:观众甲选中3号歌手且观众乙未选中3号歌手。
观众甲选中3号歌手的概率为,观众乙未选中3号歌手的概率为。
所以P(A) = .
因此,观众甲选中3号歌手且观众乙未选中3号歌手的概率为.
(2) X表示3号歌手得到观众甲、乙、丙的票数之和,则X可取0,1,2,3.
观众甲选中3号歌手的概率为,观众乙、丙选中3号歌手的概率为。
当观众甲、乙、丙均未选中3号歌手时,这时X=0,P(X = 0) = .
当观众甲、乙、丙中只有1人选中3号歌手时,这时X=1,P(X = 1) = .
当观众甲、乙、丙中只有2人选中3号歌手时,这时X=2,P(X = 2) = .
当观众甲、乙、丙均选中3号歌手时,这时X=3,P(X =3) = .
X的分布列如下表:
X
0
1
2
3
P
所以,数学期望.
16. (2013·新课标全国Ⅱ高考理科·T19)
经销商经销某种农产品,在一个销售季度内,每售出1t该产品获利润500元,未售出的产品,每1t亏损300元.根据历史资料,得到销售季度内市场需求量的频率分布直方图,如图所示.经销商为下一个销售季度购进了130t该农产品.以X(单位:t,100≤X≤150)表示下一个销售季度内的市场需求量.T(单位:元)表示下一个销售季度内经销该农产品的利润.
(1)将T表示为x的函数
(2)根据直方图估计利润T,不少于57000元的概率;
(3)在直方图的需求量分组中,以各组的区间中点值代表该组的各个值,
需求量落入该区间的频率作为需求量取该区间中点值的概率(例如:若x)则取x=105,且x=105的概率等于需求量落入的频率),求T的数学期望。
【解题指南】(1)依题意,可求得T关于x的分段函数;
(2)由频率分布直方图可知,知利润T不少于57000元当且仅当用频率估计概率,可概率的估计值;
(3)由分布列,代入期望公式,得所求.
【解析】(1)当时,,
当时,
所以
(2)由(1)知利润T不少于57000元当且仅当
由直方图知需求量的频率为0.7,所以下一个销售季度内的利润T不少于57000元的概率的估计值为0.7.
(3)依题意可得T的分布列为
T
45000
53000
61000
65000
P
0.1
0.2
0.3
0.4
所以 ET=
17. (2013·新课标Ⅰ高考理科·T19)一批产品需要进行质量检验,检验方案是:先从这批产品中任取4件作检验,这4件产品中优质品的件数记为n.如果n=3,再从这批产品中任取4件作检验,若都为优质品,则这批产品通过检验;如果n=4,再从这批产品中任取1件作检验,若为优质品,则这批产品通过检验;其他情况下,这批产品都不能通过检验.
假设这批产品的优质品率为50%,即取出的产品是优质品的概率都为,且各件产品是否为优质品相互独立
(Ⅰ)求这批产品通过检验的概率;
(Ⅱ)已知每件产品检验费用为100元,且抽取的每件产品都需要检验,对这批产品作质量检验所需的费用记为X(单位:元),求X的分布列及数学期望.
【解题指南】(Ⅰ)由事件的独立性和互斥性,并结合产品通过检验的情形确定这批产品通过检验的概率;
(Ⅱ)根据题意,先确定的可能取值,然后求出相应的概率,列出分布列利用期望公式求出期望.
【解析】(Ⅰ)设第一次取出的4件产品中恰有3件优质品为事件,第一次取出的4件产品全是优质品为事件,第二次取出的4件产品全是优质品为事件,第二次取出的1件产品是优质品为事件,这批产品通过检验为事件.依题意有,且A1B1与A2B2互斥,所以
.
(Ⅱ)的可能取值为,,,
所以的分布列为
(元)
18.(2013·大纲版全国卷高考理科·T20)甲、乙、丙三人进行羽毛球练习赛,其中两人比赛,另一人当裁判,每局比赛结束时,负的一方在下一局当裁判,设各局中双方获胜的概率均为各局比赛的结果都相互独立,第局甲当裁判.
(I)求第局甲当裁判的概率;
(II)表示前局中乙当裁判的次数,求的数学期望.
【解析】(I)记表示事件“第2局结果为甲胜”,
表示事件“第3局甲参加比赛时,结果为甲负”,
表示事件“第4局甲当裁判”.则..
方法一:(II)的可能值为
记表示事件“第3局乙和丙参加比赛时,结果为乙胜丙”,
表示事件“第1局结果为乙胜丙”,
表示事件“第2局乙和甲比赛时,结果为乙胜甲”,
表示事件“第3局乙参加比赛时,结果为乙负”,
,
,
,
方法二:(II)由于第一局甲当裁判,乙可能当裁判次数的可能值为0,1,2
当裁判次数为0:
乙第一局,第二局与第三局赢,第四局决定第五局裁判权,所以不用管第四局输赢.
所以.
当裁判次数为1:有三种情况
第一局乙输,第二局乙当裁判,第三局乙赢,概率为;
第一局乙赢,第二局乙输,第三局当裁判,概率为
第一局乙赢,第二局乙赢,第三局乙输,第四局当裁判概率为。
所以.当裁判次数为2:
第一局乙输,第二局当裁判,第三局乙输,第四局当裁判.
所以.
的分布列为
所以.
19.(2013·辽宁高考理科·T19)现有10道题,其中6道甲类题,4道乙类题,张同学从中任取3道题解答。
求张同学至少取到1道乙类题的概率;
已知所取到的3道题中有2道甲类题,1道乙类题。设张同学答对每道甲类题的概率都是,答对每道乙类题的概率都是,且各题答对与否相互独立。用表示张同学答对题的个数,求的分布列和数学期望。
【解题指南】诸如“至少有一个”等问题,可以结合对立事件的概率来求解;对于随机变量的研究,需要了解随机变量将取哪些值以及取这些值时对应的事件及其概率,列出其分布列,正确应用均值公式进行计算
【解析】记事件“张同学所取的3道题至少取到1道乙类题”;则“张同学所取的3道题全为甲类题”;
事件“张同学所取的3道题全为甲类题”共有种取法;而“从10道题中任取3道题”共有种取法;
所以故
所以张同学至少取到1道乙类题的概率为
张同学答对题的个数的可能值为0,1,2,3.
表示张同学没有答对一道题,;
表示张同学答对一道题,包含以下两种可能,“答对一道甲类题”、“答对一道乙类题”,
因此;
表示张同学答对二道题,包含以下两种可能,“答对二道甲类题”、“答对一道甲类题和一道乙类题”,
因此;
表示张同学所取得的三道题全部答对,
因此;
所以的分布列为
0
1
2
3
故的数学期望为