第六章 概率的进一步认识
6.2 用频率估计概率
一、学生知识状况分析
学生的知识技能基础：学生通过以前的学习，对用试验方法估计随机事件发生的概率有了初步的认识，知道了“当试验次数较大，实验频率稳定于理论概率，并可据此估计某一事件发生的概率”.
学生的活动经验基础：经历了试验、统计过程，获得了用试验方法估计事件发生的概率的体验，并且在以前的数学学习活动中已经历了很多合作学习的过程，具有了一定的合作学习经验，具备了一定的合作与交流的能力.
二、教学任务分析
本节课的重点是掌握试验的方法估计复杂的随机事件发生的概率。
难点是试验估计随机事件发生的概率；关键是通过试验、统计活动，体会随机事件的概率。
为此，本节课的教学目标是：
1、知识与技能
经历收集数据、进行试验、统计结果、合作交流的过程，估计一些复杂的随机事件发生的概率.
2、过程与方法
经历试验、统计等活动过程，在活动中进一步发展学生合作交流的意识和能力.
3、情感、态度、价值观
通过对贴近学生生活的有趣的生日问题的试验、统计，提高学生学习数学的兴趣，且有助于破除迷信，培养学生严谨的科学态度和辩证唯物主义世界观.
三、教学过程分析
本节课设计了七个教学环节：一、课前准备；二、情境引入；三、探索新知；四、练习提高；五、课时小结；六、布置作业；七、活动探究.
第一环节：课前准备（提前一周布置）
内容：以6人合作小组为单位，开展调查活动：每人课外调查10个人的生日、生肖.
目的：收集数据，为本节课的学习提供素材，在课堂中运用源于学生实际调查的真实数据展开教学，能极大地激发学生学习数学的兴趣及学习的积极性与主动性.另一方面，也锻炼了学生的社交能力.
实际效果与注意事项：学生课外收集数据时有可能来自相同的人，各小组课前准备时，教师提醒尽量避免调查相同的人，最好每个小组的调查范围相对确定，如：初一、初二、初三等。
第二环节：情境引入
内容：《红楼梦》第62回中有这样的情节：
当下又值宝玉生日已到，原来宝琴也是这日，二人相同。……
袭人笑道：“这是他来给你拜寿.今儿也是他的生日，你也该给他拜寿.”宝玉听了，喜的忙作下揖去，说：原来今儿也是姐姐的芳诞.”平儿还福不迭。……
探春忙问：“原来邢妹妹也是今儿，我怎么就忘了。”
……
探春笑道：“倒有些意思，一年十二个月，月月有几人生日。人多了，便这等巧了，也有三个一日，两个一日的。……
目的：以小说情节开篇，引人入胜，直接引入与生日有关的话题，激发学生的学习兴趣.
实际效果：学生置身于情境之中，并陷入思考：为什么“便这等巧？”
第三环节：探索新知
经历试验、统计等活动过程，估计复杂随机事件（生日相同）的概率。
内容：
教师提出问题串
（1）400位同学中，一定有2人的生日相同（可以不同年）吗？有什么依据呢？
（2）300位同学中，一定有2人的生日相同（可以不同年）吗？
（3）教师提出一个论断：“我认为咱们班50个同学中很可能就有2个同学的生日相同”你相信吗？
对于问题（1），学生能给予肯定的回答“一定”，对于能力比较强的学生可以用“抽屉原理”加以解释。例如，有的学生会给出如下的解释：“一年最多366天，400个同学中一定会出现至少2人出生在同月同日，相当于400个物品放到366个抽屉里，一定至少有2个物品放在同一抽屉里—抽屉原理：把m个物品任意放进几个空抽屉里（m＞n），那么一定有一个抽屉中放进了至少2个物品”。
对于问题（2），学生会给出“不一定”的答案。
对于问题（3），学生会表示怀疑，不太相信。
于是，在班级课堂里展开现场的调查。得到数据后请学生反思：
如果50个同学中有2人生日相同，能否说明50人中有2人生日相同的概率是1？
如果50人中没有2人生日相同，就说明50人中2 人生日相同的概率为0？
学生能根据以往的知识进行反思，并能举一些类似的问题作为例子。例如：
随意抛掷一枚硬币，若国徽面朝上，说它的确概率为1，国徽面朝下的概率为0.显然是错误的，我们知道它们的概率均为0.5.
随意抛掷一枚骰子，“6朝上”时我们说“6朝上”的概率为1，6朝下的概率为0，显然也是错误的，我们知道它们的概率为1/6.
活动一，每个同学课外调查10人的生日，从全班的调查结果中随机选择50人，看有没有2人生日相同，设计方案估计50人中有2人生日有相同的概率.
活动设计目的：通过具体收据数据、实验、统计结果过程，丰富学生的数学活动经验，对本节课有更直观的感知，经历用实验估计理论概率的过程，初步感受到生日相同的概率较大.
设计方案：学生自主设计.
附学生设计的方案：
方案一：将每个同学调查的生日随机排列成一方阵，然后按某一规则从中选取50个数据进行实验（如25×20），从某行某列开始，自左而右，自上而下，，选出50个数）.
方案二：把全班每个同学所调查的数据写在纸条上，放在箱子里随机抽取.
方案三：从50个同学手里随机抽取一个调查数据，组成50个数据.
方案四：全班分成10个小组，把每个小组调查数据放在一起，打乱次序，随机抽取5个，然后10个小组的结果放在一组成50个数据.
活动过程指导：
（1）节约时间，生日表示方式简化成四位数.如“0217”
（2）人人参与，大胆发言、交流、讨论从大量的重复试验活动中感受生日相同的概率较大.
（3）激励学生提出更好的活动方案，如：产生1～365之间某一自然数随机数的方法；分工制作1～365自然数卡片，放入纸箱随机抽取一张，记下号码，放回去，再随机抽取，直至抽出50张，多次重复试验，并估计出50人中有2人生日相同的概率，此为模拟试验.
活动评价指导：
（1）学生的参与程度，活动过程中的思维方式，与同学合作交流情况.
（2）鼓励思维多样性.
（3）关注学生能否用实验方法估计一些较复杂随机事件发生的概率.
（4）关注学生对概率的理解是否全面.
（5）关注实验次数.
实际效果：通过以上探索活动，经历了大量重复试验，能估算出50人中有2人生日相同的概率是多少.约0.9704，很大.
结果可解释《红楼梦》生日相同“遇的巧”的问题.
这个结果出人意料之处就在于其结果违反了人们的直觉：人们往往觉得两人生日相同是一种可能性不大的事情，计算结果却是：如果人数不少于是23人，这种可能性就达50%.看下表是“几个人中至少有2人生日相同”的概率大小表：
n
p
n
p
n
p
n
p
n
p
20
0.4114
29
0.6810
38
0.8641
47
0.9548
56
0.9883
21
0.4437
30
0.7105
39
0.8781
48
0.9606
57
0.9901
22
0.4757
31
0.7305
40
0.8912
49
0.9658
58
0.9917
23
0.5073
32
0.7533
41
0.9032
50
0.9704
59
0.9930
24
0.5383
33
0.7750
42
0.9140
51
0.9744
60
0.9941
25
0.5687
34
0.7953
43
0.9239
52
0.9780
?
?
26
0.5982
35
0.8144
44
0.9329
53
0.9811
?
?
27
0.6269
36
0.8322
45
0.9410
54
0.9839
?
?
28
0.6545
37
0.8487
46
0.9483
55
0.9836
?
?
第四环节：练习提高
内容：课本P168随堂练习
课外调查的10个人的生肖分别是什么？他们中有2人的生肖相同吗？6个人中呢？利用全班的调查数据设计一个方案，估计6个人中有2个人生肖相同的概率.
目的：本问题与前面生日问题类似，借助于课外调查的数据再次进行有关问题的概率估算，丰富数学活动经验，直观感受较复杂事件的概率问题.
设计方案：模仿生日问题，学生自主设计，以上方案仅供参考.
方案一：全班分6人一小组试验（多出人员可一人当2人，3人），每人随机写下自己调查的一个生肖，小组长汇总收集数据，统计结果，课代表收集全班数据，估算6人中有2人生肖相同的概率.
方案二：将全班调查好所有结果写在纸条上，放进箱子里随机抽取6张.
方案三：生肖结果用数字代替排成方阵.
活动过程指导：
（1）简化过程，把生肖按顺序用1-12个数据代替.
（2）鼓励学生积极大胆发表自己的见解.
（3）在讨论、交流过程中使学生进一步感受大量重复试验中频率稳定于概率的意义.
（4）激励学生探索该问题的模拟试验.
活动评价指导：
（1）主要是积极评价，鼓励学生思维的多样性.
（2）看学生能否用试验的方法估计一些复杂随机事件的概率.
（3）关注学生对概率意义的理解是否全面.
（4）此问题的理论概率约0.78，在此不要求学生把结果精确到那一位.
第五环节：课时小结
内容：师生共同总结本节内容
目的：回顾本节教学目标
学生先自我总结，然后师生共析：
本节课经历了调查、收集数据、整理数据、进行试验、统计结果，合作交流的过程，知道了用大量的实验频率来估计，一些复杂的随机事件的概率，当试验次数赵多时，实验频率稳定于理论概率，还知道了“直觉并不可靠”，本节“生日相同的概率”50人中有2人生日相同的概率竟高达0.97，这有违我们的“常识”。实际上，生活中有很多类似巧合，实则平凡且极为平凡的现象，如果我们从科学的角度通过实验估计随机事件发生的概率，用知识来武装我们的头脑，我们就会“透过现象看本质”，也不会受别有用心的人的欺骗，从而破除迷信，树立正确的唯物主义世界观.
第六环节：布置作业
1、课本习题
2、收集有关概率的文章
第七环节：活动探究
本环节对学生的思维要求较高，仅供给部分学有余力的学生阅读和提高，并非对全体同学的要求。
内容:
1、用“树状图”原理，求班上60名同学中至少有2人生日相同的概率
先求出“60人中没有两人生日相同的概率”
365×364×363×…×306
P(A)= —————————————— =0.0059
365×365×365×…×365
则60人中有2人生日相同的概率为：
P=1-P(A)=1-0.0059=0.9941
即“60人中有2人生日相同的概率”为0.9941
如果班人有45人或55人等，可类似地进行计算
2、用“树状图”原理，求6人中至少有2人生肖相同的概率
先求出“6人中没有2人生日相同的概率”：
12×11×10×9×8×7
P(A)= ——————————— =0.22
12×12×12×12×12×12
则“6人中有2人生肖相同的概率”为：
P=1-P(A)=1-0.22=0.78
目的：巩固并拓展学生学习应用知识的能力.
四、教学反思
1、教材是教与学的素材，可以充分利用、拓展、丰富、创新.本节课教材提出的生日相同的问题，教师可充分发挥学生的想象能力，发散思维，设计多种多样的活动方案，完成本节教学任务，更重要的是发展学生的学习能力，合作与交流的能力.
2、学生是学习的主体，课堂也就应以学生为主体，教师起主导作用，多用积极的评价、恰当的引导，激发学生的学习兴趣，提高学习数学的积极性、主动性，让学生成为课堂学习的主人.
3、应注意的问题：①由于设计活动方案各异，可能时间上会紧张，需要在活动过程中老师加以引导，以便节省时间，按计划完成本节课教学任务.②对学困生在小组里的表现应予以更多关注，多鼓励其参与，并给予指导，使其完成一些力所能及的任务，产生成就感.
课件12张PPT。概率的进一步认识
6.2 用频率估计概率
<<红楼梦>>第62回中有这样的情节: 当下又值宝玉生日已到,原来宝琴也是这日,二人相同……
袭人笑道：“这是他来给你拜寿.今儿也是他们生日,你也该给他拜寿.”宝玉听了喜的忙作了下揖去,说：“原来今儿也是姐妹们芳诞。”平儿还福不迭……
探春忙问：“原来邢妹妹也是今儿？我怎么就忘了。”
……
探春笑道：“倒有些意思，一年十二个月，月月有几个生日。人多了，便这等巧，也有三个一日的，两个一日的……
探索新知 400个同学中，一定有2人的生日相同
（可以不同年）吗？
300个同学中，一定有2人的生日相同吗？探索新知50个人中有2人生日相同的概率想一想 如果你们班50个同学中有两个同学的生日相同,那么说明50个同学中有两个同学的生日相同的概率是1吗?为什么?
想一想 如果你们班50个同学中没有两个同学的生日相同,那么能说明50个同学中没有两个同学的生日相同的概率是0吗?为什么?
设计活动 每个同学课外调查10个人的生日,从全班的调查结果中随机选取50个被调查人,看看他们中有无两个人的生日相同.将全班同学的调查数据集中起来,设计一个方案,估计50个人中有两个人的生日相同的概率.
“n个人中至少有2人相同”的概率练习提高 1、 每个同学课外调查的10个人的生肖分别是什么?
2、 他们中有两个人的生肖相同吗?为什么?
3、 6个人中呢?为什么?
4、 利用全班的调查数据设计一个方案,估计6个人中有两个人的生肖相同的概率.
课时小结 1.经历了调查、收集数据、整理数据、进行试验、统计结果、合作交流的过程，知道了用试验频率来估计一些复杂的随机事件的概率，当试验次数越多时，试验频率稳定于理论概率.
2.直觉不可靠布置作业 1、课本习题.
2、收集有关概率的文章，体会生活中的概率.布丰的投针试验
公元1777年的一天，法国科学家布丰（D．Buffon1707-1788）的家里宾客满堂，原来他们是应主人的邀请前来观看一次奇特试验的。
试验开始，但见年已古稀的布丰先生兴致勃勃地拿出一张纸来，纸上预先画好了一条条等距离的平行线。接着他又抓出一大把原先准备好的小针，这些小针的长度都是平行线间距离的一半。然后布丰先生宣布：“请诸位把这些小针一根一根往纸上扔吧！不过，请大家务必把扔下的针是否与纸上的平行线相交告诉我。”
客人们不知布丰先生要干什么，只好客随主意，一个个加入了试验的行列。一把小针扔完了，把它捡起来又扔。而布丰先生本人则不停地在一旁数着、记着，如此这般地忙碌了将近一个钟头。最后，布丰先生高声宣布：“先生们，我这里记录了诸位刚才的投针结果，共投针2212次，其中与平行线相交的有704次。总数2212与相交数704的比值为3.142。”说到这里，布丰先生故意停了停，并对大家报以神秘的一笑，接着有意提高声调说：“先生们，这就是圆周率π的近似值！”
众宾哗然，一时议论纷纷，个个感到莫名其妙。“圆周率π？这可是与圆半点也不沾边的呀！”
布丰先生似乎猜透了大家的心思，得意洋洋地解释道：“诸位，这里用的是概率的原理，如果大家有耐心的话，再增加投针的次数，还能得到π的更精确的近似值。不过，要想弄清其间的道理，只好请大家去看敝人的新作了。”说着布丰先生扬了扬自己手上的一本《或然算术试验》的书。
π在这种纷纭杂乱的场合出现，实在是出乎人们的意料，然而它却是千真万确的事实。由于投针试验的问题，是布丰先生最先提出的，所以数学史上就称它为布丰问题。布丰得出的一般结果是：如果纸上两平行线间相距为d，小针长为，投针的次数为n，所投的针当中与平行线相交的次数是m，那么当n相当大时有：
在上面故事中，针长等于平行线距离d的一半，所以代入上面公式简化
我想，喜欢思考的读者，一定想知道布丰先生投针试验的原理，下面就是一个简单而巧妙的证明。
找一根铁丝弯成一个圆圈，使其直径恰好等于平行线间的距离d。可以想象，对于这样的圆圈来说，不管怎么扔下，都将和平行线有两个交点。因此，如果圆圈扔下的次数为n次，那么相交的交点总数必为2n。
现在设想把圆圈拉直，变成一条长为πd的铁丝。显然，这样的铁丝扔下时与平行线相交的情形要比圆圈复杂些，可能有4个交点、3个交点、2个交点、1个交点，甚至于都不相交。
由于圆圈和直线的长度同为πd，根据机会均等的原理，当它们投掷次数较多，且相等时，两者与平行线组交点的总数可望是一样的。这就是说，当长为πd的铁丝扔下n次时，与平行线相交的交点总数应大致为2n。
现在再来讨论铁丝长为的情形。当投掷次数n增大的时候，这种铁丝跟平行线相交的交点总数m应当与长度成正比，因而有：
m＝k
式中k是比例系数。
为了求出k来，只需注意到，对于＝πd的特殊情形，有m＝2n。于
这便是著名的布丰公式。
亲爱的读者，你不妨一试。
消息的传播
现在假定在某一个有200人的小村庄，开始有一个人向三个人传出某种消息；第二天，听到消息的三个人中，有一个人把消息传了开去，不过，他也只传了三个人。第三天，刚听到消息的三个人中，也只有一个人把消息传开去，而且也只传了三个人……
在这样的假定下，传播的速度似乎并不十分快。因为不是一传三，三传九，九传二十七……而是每天只传三个，半个月至多不过传了45人，不到全村人数的四分之一。
但是，有一个出乎意料的情况，半个月之后，几乎必定有人重复听到这一消息。因为根据计算，经过15次传播之后，至少有一人重复听到消息的概率达到99．45％。
你信不信？如果有疑问，可以设计一则试验来验证这个结论。
准备200张卡片，在上面分别写上1，2，3，…，200，将卡片装入布袋里。
第一次从布袋里盲目地取出一张，把号码记下。这个号码就算是信息的发布者。暂时不放回。
第二次，从布袋中盲目取出三张，记下号码。这算是第一批听到消息的三个人。留一张暂时不放回（这张卡片代表下一次传播消息的人），另两张放回。
把第一张卡片放回，然后第三次从布袋中盲目取三张卡片，记下号码。这算是第二批听到消息的三个人。留一张暂时不放回，其余两张放回。
把第二次摸出的并暂时留下的一张卡片放回，然后第四次从布袋中摸……
看一下，15次后，有没有被重复摸出的？
上述消息传播问题是很有实用价值的。比如，在医疗事业中，必须十分注意疾病的重复感染问题，因为传染病的传播就像消息传播一样，重复听到消息的可能性很大，说明重复感染的可能性也是很大的。
——摘自《初中新课标优秀教案》（有改动）
生日相同的故事
有一次，美国数学家伯格米尼去观看世界杯足球赛，在看台上随意挑选了22名观众，叫他们报出自己的生日，结果竟然有两人的生日是相同的，使在场的球迷们感到吃惊。
还有一个将军也作了一次试验。一天他与一群高级军官用餐,席间大家天南地北地闲聊。慢慢地,话题转到生日上来。他说:“我们来打个赌。我说,我们之间有两个人的生日相同。”
“赌输了,罚酒三杯!”在场的军官们都很感兴趣,“行！”在场的各人把生日一一报出，结果没有生日恰巧相同的。
“快！你可得罚酒啊！”
突然，一个女佣在门口说：“先生，我的生日正巧与那边的将军一样”。
大家傻了似的望望女佣。他趁机赖掉了三杯罚酒。
——摘自《初中新课标优秀教案》（有改动）
