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- 2021-04-14 发布
- 1 -
第 3 讲 独立重复试验模型及二项分布
相互独立事件
[核心提炼]
相互独立事件
(1)对于事件 A、B,若 A 的发生与 B 的发生互不影响,则称 A、B 是相互独立事件.
(2)若 A 与 B 相互独立,则 A 与 B,A 与 B,A 与 B 也都相互独立.
(3)若 P(AB)=P(A)P(B),则 A 与 B 相互独立.
[典型例题]
(1)(2019·浙江“七彩阳光”联盟高三联考)小明喜欢玩有三个关卡的通关游戏,
根据他的游玩经验,每次开启一个新的游戏,这三个关卡他能够通过的概率分别为1
2
,1
3
,1
4
(这
个游戏的游戏规则是:如果玩者没有通过上一个关卡,他照样可以玩下一个关卡,但玩该游
戏的得分会有影响),则小明在开启一个新的游戏时,他能够通过两个关卡的概率为________,
设 X 表示他能够通过此游戏的关卡的个数,则随机变量 X 的数学期望为________.
(2)某企业有甲、乙两个研发小组,他们研发新产品成功的概率分别为2
3
和3
5
.现安排甲组
研发新产品 A,乙组研发新产品 B.设甲、乙两组的研发相互独立.
①求至少有一种新产品研发成功的概率;
②若新产品 A 研发成功,预计企业可获利润 120 万元;若新产品 B 研发成功,预计企业
可获利润 100 万元.求该企业可获利润的分布列和数学期望.
【解】 (1)随机变量 X 的所有可能取值为 0,1,2,3.
又 P(X=2)=(1-1
2
)×1
3
×1
4
+1
2
×(1-1
3
)×1
4
+1
2
×1
3
×(1-1
4
)=1
4
,
P(X=0)=
1-1
2 ×
1-1
3 ×
1-1
4 =1
4
,
P(X=1)=1
2
×
1-1
3 ×
1-1
4 +
1-1
2 ×1
3
×
1-1
4 +
1-1
2 ×
1-1
3 ×1
4
=11
24
,
P(X=3)=1
2
×1
3
×1
4
= 1
24
.
所以,随机变量 X 的分布列为
X 0 1 2 3
P 1
4
11
24
1
4
1
24
- 2 -
所以 E(X)=0×1
4
+1×11
24
+2×1
4
+3× 1
24
=13
12
.
故填1
4
和13
12
.
(2)记 E={甲组研发新产品成功},F={乙组研发新产品成功}.由题设知 P(E)=2
3
,P( E-)
=1
3
,P(F)=3
5
,P( F-)=2
5
,且事件 E 与 F,E 与 F-, E-与 F, E-与 F-都相互独立.
①记 H={至少有一种新产品研发成功},
则 H-= E- F-,
于是 P( H-)=P( E-)P( F-)=1
3
×2
5
= 2
15
,
故所求的概率为 P(H)=1-P( H-)=1- 2
15
=13
15
.
②设企业可获利润为 X 万元,则 X 的可能取值为 0,100,120,220.因为 P(X=0)=P( E- F-)
=1
3
×2
5
= 2
15
,
P(X=100)=P( E-F)=1
3
×3
5
= 3
15
,
P(X=120)=P(E F-)=2
3
×2
5
= 4
15
,
P(X=220)=P(EF)=2
3
×3
5
= 6
15
,
故所求 X 的分布列为
X 0 100 120 220
P 2
15
1
5
4
15
2
5
数学期望为 E(X)=0× 2
15
+100× 3
15
+120× 4
15
+220× 6
15
=300+480+1 320
15
=2 100
15
=
140.
(1)正确分析所求事件的构成,将其转化为几个彼此互斥事件的和或相互独立事件的积,
然后利用相关公式进行计算.
(2)注意根据问题情境正确判断事件的独立性.
(3)在应用相互独立事件的概率公式时,对含有“至多有一个发生”“至少有一个发生”
的情况,可结合对立事件的概率求解.
- 3 -
与相互独立事件 A,B 有关的概率的计算公式如下表:
事件 A,B 相互独立 概率计算公式
A,B 同时发生 P(AB)=P(A)P(B)
A,B 同时
不发生
P( A- B-)=P( A-)P( B-)
=[1-P(A)][1-P(B)]
=1-P(A)-P(B)+P(A)P(B)
A,B 至少有一个不发生 P=1-P(AB)=1-P(A)P(B)
A,B 至少有一个发生 P=1-P( A- B-)=1-P( A-)P( B-)
=P(A)+P(B)-P(A)P(B)
A,B 恰有一个发生
P=P(A B-+ A-B)
=P(A)P( B-)+P( A-)P(B)
[对点训练]
1.天气预报,在元旦假期甲地降雨的概率为 0.2,乙地降雨的概率为 P,若至少一个地
方降雨的概率为 0.44,则 P 的值为( )
A.0.1 B.0.2 C.0.3 D.0.4
解析:选 C.设甲地降雨为事件 A,乙地降雨为事件 B,则至少一个地方降雨的事件 C=
(AB)∪( A-B)∪(A B-).
所以 P(C)=P(AB)+P( A-B)+P(A B-)
=0.2P+0.8P+0.2(1-P)=0.44,解得 P=0.3.
2.(2019·温州十五校联合体期末联考)王先生家住 A 小区,他工作在 B 科技园区,从家
开车到公司上班路上有 L1,L2 两条路线(如图),L1 路线上有 A1,A2,A3 三个路口,各路口遇到
红灯的概率均为1
2
;L2 路线上有 B1,B2 两个路口,各路口遇到红灯的概率依次为3
4
,3
5
.若走 L1
路线,王先生最多遇到 1 次红灯的概率为________;若走 L2 路线,王先生遇到红灯次数 X 的
数学期望为________.
解析:走 L1 路线最多遇到 1 次红灯的概率为 C0
3×(1
2
)3+C1
3×1
2
×(1
2
)2=1
2
;
依题意 X 的可能取值为 0,1,2,则由题意 P(X=0)=(1-3
4
)(1-3
5
)= 1
10
,
- 4 -
P(X=1)=3
4
×(1-3
5
)+(1-3
4
)·3
5
= 9
20
,P(X=2)=3
4
·3
5
= 9
20
,所以 E(X)=0× 1
10
+1× 9
20
+
2× 9
20
=27
20
.
答案:1
2
27
20
两点分布、二项分布
[核心提炼]
1.两点分布
若随机变量 X 服从两点分布,则其分布列为
X 0 1
P 1-p p
其中 p=P(X=1)称为成功概率.
2.二项分布
(1)独立重复试验是指在相同条件下可重复进行的,各次之间相互独立的一种试验,在这
种试验中每一次试验只有两种结果,即要么发生,要么不发生,且任何一次试验中发生的概
率都是一样的.
(2)在 n 次独立重复试验中,用 X 表示事件 A 发生的次数,设每次试验中事件 A 发生的概
率为 p,则 P(X=k)=Ck
npk(1-p)n-k(k=0,1,2,…,n),此时称随机变量 X 服从二项分布,
记为 X~B(n,p),并称 p 为成功概率.
3.两点分布与二项分布的均值、方差
X X 服从两点分布 X~B(n, p)
E(X) p(p 为成功概率) np
D(X) p(1-p) np(1-p)
[典型例题]
(1)若离散型随机变量 X 的分布列为
X 0 1
P a
2
a2
2
则 X 的数学期望 E(X)=( )
A.2 B.2 或1
2
C.1
2
D.1
- 5 -
(2)在某校教师趣味投篮比赛中,比赛规则是:每场投 6 个球,至少投进 4 个球且最后 2
个球都投进者获奖;否则不获奖,已知教师甲投进每个球的概率都是2
3
.
①记教师甲在每场的 6 次投球中投进球的个数为 X,求 X 的分布列及数学期望和方差;
②求教师甲在一场比赛中获奖的概率.
【解】 (1)选 C.因为分布列中概率和为 1,所以a
2
+a2
2
=1,即 a2+a-2=0,解得 a=-
2(舍去)或 a=1,所以 E(X)=1
2
.
(2)①X 的所有可能取值为 0,1,2,3,4,5,6.依条件可知,X~B(6,2
3
),P(X=k)=
Ck
6·(2
3
)k·(1
3
)6-k(k=0,1,2,3,4,5,6).
所以 X 的分布列为
X 0 1 2 3 4 5 6
P 1
729
4
243
20
243
160
729
80
243
64
243
64
729
因为 X~B(6,2
3
),所以 E(X)=6×2
3
=4.
D(X)=6×2
3
×1
3
=4
3
.
②设教师甲在一场比赛中获奖为事件 A,
则 P(A)=C2
4·(1
3
)2·(2
3
)4+C1
4·1
3
·(2
3
)5+(2
3
)6=32
81
,即教师甲在一场比赛中获奖的概率为32
81
.
(1)独立重复试验满足的条件
独立重复试验是在同样的条件下重复地、各次之间相互独立地进行的一种试验,在这种
试验中,每一次试验只有两种结果,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.
(2)二项分布的判断
①每次试验中,事件发生的概率是相同的.
②各次试验中的事件是相互独立的.
③每次试验只有两种结果:事件要么发生,要么不发生.
④随机变量是这 n 次独立重复试验中事件发生的次数.
[对点训练]
- 6 -
1.设随机变量ξ~B(2,p),η~B(4,p),若 P(ξ≥1)=5
9
,则 P(η≥2)的值为( )
A.32
81
B.11
27
C.65
81
D.16
81
解析:选 B.因为随机变量ξ~B(2,p),η~B(4,p),又 P(ξ≥1)=1-P(ξ=0)=1-
(1-p)2=5
9
,解得 p=1
3
,所以η~B(4,1
3
),则 P(η≥2)=1-P(η=0)-P(η=1)=1-
1-1
3
4
-C1
4×
1-1
3
3
×1
3
=11
27
.
2.某风沙盐碱地为了摆脱经济不发达的困扰,决定种植一片环保林,已知在一年中,该
环保林在当地每季度遭受自然灾害的概率为1
2
,且每次受灾与否互不影响.若在 1 年内,没有
受灾,地方经济可增加 100 万元;受灾一次,仍可增加 40 万元;受灾 2 次,经济可增加 10
万元;若受灾 3 次或 3 次以上,地方经济不但没有增加反而减少 10 万元.求该地种植环保林
后在 1 年内的经济增加值 X 的分布列和数学期望.
解:依题意:X 的可能取值为 100,40,10,-10.
且 P(X=100)=C0
4
1
2
0
×
1
2
4
= 1
16
,
P(X=40)=C1
4
1
2
1
×
1
2
3
=1
4
,
P(X=10)=C2
4
1
2
2
×
1
2
2
=3
8
,
P(X=-10)=C3
4
1
2
3
×
1
2
1
+C4
4
1
2
4
×
1
2
0
= 5
16
.
所以 X 的分布列为
X 100 40 10 -10
P 1
16
1
4
3
8
5
16
所以 E(X)=100× 1
16
+40×1
4
+10×3
8
+(-10)× 5
16
=135
8
.
专题强化训练
1.如果ξ~B(5,0.1),那么 P(ξ≤2)=( )
- 7 -
A.0.072 9 B.0.008 56
C.0.918 54 D.0.991 44
解析:选 D.P(ξ≤2)=P(ξ=0)+P(ξ=1)+P(ξ=2)
=错误!Ck
5·(0.1)k·(0.9)5-k
=(0.9)5+5×(0.1)×(0.9)4+5×4
2
×(0.1)2×(0.9)3
=0.590 49+0.328 05+0.072 9
=0.991 44.
2.在篮球比赛中,罚球命中 1 次得 1 分,不中得 0 分,若某运动员罚球命中的概率为 0.8,
则他罚球两次得分的均值为( )
A.0.8 分 B.1.2 分
C.1.6 分 D.2 分
解析:选 C.设罚球得分为 X,则 X 的所有取值为 0,1,2.
P(X=0)=C0
2×0.80×0.22=0.04,
P(X=1)=C1
2×0.8×0.2=0.32,
P(X=2)=C2
2×0.82×0.20=0.64,
E(X)=0.04×0+0.32×1+0.64×2=1.6.
3.投掷一枚均匀硬币和一枚均匀骰子各一次,记“硬币正面向上”为事件 A,“骰子向上
的点数是 3”为事件 B,则事件 A,B 中至少有一个发生的概率是( )
A. 5
12
B.1
2
C. 7
12
D.3
4
解析:选 C.依题意,得 P(A)=1
2
,P(B)=1
6
,且事件 A,B 相互独立,则事件 A,B 中至少
有一个发生的概率为 1-P( A-· B-)=1-P( A-)·P( B-)=1-1
2
×5
6
= 7
12
,故选 C.
4.投篮测试中,每人投 3 次,至少投中 2 次才能通过测试.已知某同学每次投篮投中的
概率为 0.6,且各次投篮是否投中相互独立,则该同学通过测试的概率为( )
A.0.648 B.0.432
C.0.36 D.0.312
解析:选 A.3 次投篮投中 2 次的概率为 P(X=2)=C2
3×0.62×(1-0.6),投中 3 次的概率
为 P(X=3)=0.63,所以通过测试的概率为 P(X=2)+P(X=3)=C2
3×0.62×(1-0.6)+0.63=
0.648.故选 A.
- 8 -
5.(2019·台州高三期末质量评估)经检测,有一批产品的合格率为3
4
,现从这批产品中
任取 5 件,设取得合格产品的件数为ξ,则 P(ξ=k)取得最大值时,k 的值为( )
A.5 B.4
C.3 D.2
解析:选 B.根据题意得,P(ξ=k)=Ck
5
3
4
k
(1-3
4
)5-k,k=0,1,2,3,4,5,则 P(ξ=
0)=C0
5
3
4
0
×
1
4
5
=1
45,P(ξ=1)=C1
5(3
4
)1×(1
4
)4=15
45 ,P(ξ=2)=C2
5(3
4
)2×(1
4
)3=90
45 ,P(ξ=3)
=C3
5(3
4
)3×(1
4
)2=270
45 ,P(ξ=4)=C4
5(3
4
)4×(1
4
)1=405
45 ,P(ξ=5)=C5
5(3
4
)5×(1
4
)0=243
45 ,故当 k
=4 时,
P(ξ=k)最大.
6.某商场在儿童节举行回馈顾客活动,凡在商场消费满 100 元者即可参加射击赢玩具活
动,具体规则如下:每人最多可射击 3 次,一旦击中,则可获奖且不再继续射击,否则一直
射击到 3 次为止.设甲每次击中的概率为 p(p≠0),射击次数为η,若η的数学期望 E(η)>7
4
,
则 p 的取值范围是( )
A.
0,1
2 B.(0,1)
C.
1
2
,1
D.
0,1
2
解析:选 A.由已知得 P(η=1)=p,P(η=2)=(1-p)p,P(η=3)=(1-p)2,则 E(η)
=p+2(1-p)p+3(1-p)2=p2-3p+3>7
4
,解得 p>5
2
或 p<1
2
,又 p∈(0,1),所以 p∈
0,1
2 .
7.一批产品的二等品率为 0.02,从这批产品中每次随机取一件,有放回地抽取 100 次,
X 表示抽到的二等品件数,则 DX=________.
解析:依题意,X~B(100,0.02),所以 DX=100×0.02×(1-0.02)=1.96.
答案:1.96
8.国庆节放假,甲去北京旅游的概率为1
3
,乙去北京旅游的概率为1
4
,假定二人的行动相
互之间没有影响,那么这段时间内至少有 1 人去北京旅游的概率为________.
解析:记在国庆期间“甲去北京旅游”为事件 A,“乙去北京旅游”为事件 B,又 P( A- B-)
- 9 -
=P( A-)·P( B-)=[1-P(A)][1-P(B)]=
1-1
3
1-1
4 =1
2
,
甲、乙二人至少有一人去北京旅游的对立事件为甲、乙二人都不去北京旅游,故所求概
率为 1-P( A- B-)=1-1
2
=1
2
.
答案:1
2
9.抛掷两枚骰子,当至少一枚 5 点或一枚 6 点出现时,就说这次试验成功,则在 10 次
试验中成功次数的均值为________.
解析:抛掷两枚骰子,当两枚骰子不出现 5 点和 6 点时的概率为4
6
×4
6
=4
9
,所以至少有一
次出现 5 点或 6 点的概率为 1-4
9
=5
9
,用 X 表示 10 次试验中成功的次数,则 X~B
10,5
9 ,
E(X)=10×5
9
=50
9
.
答案:50
9
10.某毕业生参加人才招聘会,分别向甲、乙、丙三个公司投递了个人简历.假定该毕
业生得到甲公司面试的概率为2
3
,得到乙、丙两公司面试的概率均为 p,且三个公司是否让其
面试是相互独立的.记 X 为该毕业生得到面试的公司个数.若 P(X=0)= 1
12
,则随机变量 X 的
数学期望 E(X)=________.
解析:由题意知 P(X=0)=1
3
(1-p)2= 1
12
,所以 p=1
2
.
随机变量 X 的分布列为:
X 0 1 2 3
P 1
12
1
3
5
12
1
6
E(X)=0× 1
12
+1×1
3
+2× 5
12
+3×1
6
=5
3
.
答案:5
3
11.(2019·开封第一次模拟)某生物产品,每一个生产周期成本为 20 万元,此产品的产
量受气候影响、价格受市场影响均具有随机性,且互不影响,其具体情况如下表:
产量(吨) 30 50
- 10 -
概率 0.5 0.5
市场价格(万元/吨) 0.6 1
概率 0.4 0.6
(1)设 X 表示 1 个生产周期此产品的利润,求 X 的分布列;
(2)连续 3 个生产周期,求这 3 个生产周期中至少有 2 个生产周期的利润不少于 10 万元
的概率.
解:(1)设 A 表示事件“产品产量为 30 吨”,B 表示事件“产品市场价格为 0.6 万元/吨”,
则 P(A)=0.5,P(B)=0.4,
因为利润=产量×市场价格-成本,
所以 X 的所有值为
50×1-20=30,50×0.6-20=10,
30×1-20=10,30×0.6-20=-2,
则 P(X=30)=P( A )P( B )=(1-0.5)×(1-0.4)=0.3,
P(X=10)=P( A )P(B)+P(A)P( B )=(1-0.5)×0.4+0.5×(1-0.4)=0.5,
P(X=-2)=P(A)P(B)=0.5×0.4=0.2,
则 X 的分布列为
X 30 10 -2
P 0.3 0.5 0.2
(2)设 Ci 表示事件“第 i 个生产周期的利润不少于 10 万元”
(i=1,2,3),则 C1,C2,C3 相互独立,
由(1)知,P(Ci)=P(X=30)+P(X=10)=0.3+0.5=0.8(i=1,2,3),
连续 3 个生产周期的利润均不少于 10 万元的概率为 P(C1C2C3)=P(C1)P(C2)P(C3)=0.83=
0.512,
连续 3 个生产周期中有 2 个生产周期的利润不少于 10 万元的概率为 P( C1 C2C3)+
P(C1
C2 C3)+P(C1C2
C3 )=3×0.82×0.2=0.384,
所以连续 3 个生产周期中至少有 2 个生产周期的利润不少于 10 万元的概率为 0.512+
0.384=0.896.
12.小王在某社交网络的朋友圈中,向在线的甲、乙、丙随机发放红包,每次发放 1 个.
(1)若小王发放 5 元的红包 2 个,求甲恰得 1 个的概率;
(2)若小王发放 3 个红包,其中 5 元的 2 个,10 元的 1 个.记乙所得红包的总钱数为 X,
求 X 的分布列及数学期望.
- 11 -
解:(1)设“甲恰得 1 个红包”为事件 A,
则 P(A)=C1
2×1
3
×2
3
=4
9
.
(2)X 的所有可能取值为 0,5,10,15,20.
P(X=0)=
2
3
3
= 8
27
,
P(X=5)=C1
2×1
3
×
2
3
2
= 8
27
,
P(X=10)=
1
3
2
×2
3
+
2
3
2
×1
3
= 6
27
,
P(X=15)=C1
2×
1
3
2
×2
3
= 4
27
,
P(X=20)=
1
3
3
= 1
27
.
X 的分布列为:
X 0 5 10 15 20
P 8
27
8
27
6
27
4
27
1
27
E(X)=0× 8
27
+5× 8
27
+10× 6
27
+15× 4
27
+20× 1
27
=20
3
.
13.在 2017 年全国高校自主招生考试中,某高校设计了一个面试考查方案:考生从 6 道
备选题中一次性随机抽取 3 题,按照题目要求独立回答全部问题.规定:至少正确回答其中 2
题的便可通过.已知 6 道备选题中考生甲有 4 题能正确回答,2 题不能回答;考生乙每题正确
回答的概率都为2
3
,且每题正确回答与否互不影响.
(1)分别写出甲、乙两考生正确回答题数的分布列、并计算其数学期望;
(2)试用统计知识分析比较两考生的通过能力.
解:(1)设考生甲、乙正确回答的题目个数分别为ξ,η.则ξ的可能取值为 1,2,3,
P(ξ=1)=C1
4C2
2
C3
6
=1
5
,
P(ξ=2)=C2
4C1
2
C3
6
=3
5
,
P(ξ=3)=C3
4C0
2
C3
6
=1
5
,
所以考生甲正确回答题数的分布列为
- 12 -
ξ 1 2 3
P 1
5
3
5
1
5
E(ξ)=1×1
5
+2×3
5
+3×1
5
=2.
又η~B
3,2
3 ,其分布列为
η 0 1 2 3
P 1
27
2
9
4
9
8
27
所以 E(η)=np=3×2
3
=2.
(2)因为 D(ξ)=(2-1)2×1
5
+(2-2)2×3
5
+(2-3)2×1
5
=2
5
.
D(η)=np(1-p)=3×2
3
×1
3
=2
3
.
所以 D(ξ)P(η≥2).
从回答对题数的数学期望考查,两个水平相当;从回答对题数的方差考查,甲较稳定;
从至少完成 2 题的概率考查.甲通过的可能性大.因此可以判断甲的通过能力较强.
14.某公司准备将 1 000 万元资金投入到市环保工程建设中,现有甲、乙两个建设项目
供选择.若投资甲项目一年后可获得的利润ξ1(万元)的概率分布列如下表所示:
ξ1 110 120 170
P m 0.4 n
且ξ1 的期望 E(ξ1)=120;若投资乙项目一年后可获得的利润ξ2(万元)与该项目建设材
料的成本有关,在生产的过程中,公司将根据成本情况决定是否在第二和第三季度进行产品
的价格调整,两次调整相互独立且调整的概率分别为 p(0<p<1)和 1-p .若乙项目产品价格
一年内调整次数 X(次)与ξ2 的关系如下表所示:
X 0 1 2
ξ2 41.2 117.6 204
(1)求 m,n 的值;
(2)求ξ2 的分布列;
- 13 -
(3)若 E(ξ1)<E(ξ2),则选择投资乙项目,求此时 p 的取值范围.
解:(1)由题意得
m+0.4+n=1,
110m+120×0.4+170n=120,
解得 m=0.5,n=0.1.
(2)ξ2 的可能取值为 41.2,117.6,204,
P(ξ2=41.2)=(1-p)[1-(1-p)]=p(1-p),
P(ξ2=117.6)=p[1-(1-p)]+(1-p)(1-p)=p2+(1-p)2,
P(ξ2=204)=p(1-p),
所以ξ2 的分布列为:
ξ2 41.2 117.6 204
P p(1-p) p2+(1-p)2 p(1-p)
(3)由(2)可得:
E(ξ2)=41.2p(1-p)+117.6[p2+(1-p)2]+204p(1-p)=-10p2+10p+117.6,
由 E(ξ1)<E(ξ2),得 120<-10p2+10p+117.6,
解得:0.4<p<0.6,
即当选择投资乙项目时,p 的取值范围是(0.4,0.6).
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