4.1 二项分布
1.掌握n重伯努利试验的概念,掌握二项分布及其数字特征.
2.理解n重伯努利试验的模型,能用二项分布解决简单的实际问题.
1.n重伯努利试验
定义 一般地,在相同条件下重复做______伯努利试验,且每次试验的结果都不受其他试验结果的影响,称这样的n次独立重复试验为n重伯努利试验
特征 ①同一个伯努利试验重复做______. ②各次试验的结果_____________
2.二项分布的概念
一般地,在n重伯努利试验中,用X表示这n次试验中成功的次数,且每次成功的概率均为p,则X的分布列可以表示为____________________________________________.
若一个随机变量X的分布列如上所述,则称X服从参数为n,p的二项分布,简记为________________.
3.二项分布的均值和方差
(1)一般地,若随机变量X~B(n,p),则EX=______,DX=____________.
(2)特殊地,若随机变量X服从参数为p的两点分布,则EX=p,DX=____________.
微点助解
1.二项分布的特点
(1)对立性:即一次试验中只有两种结果——“成功”和“不成功”,而且有且仅有一个发生.
(2)重复性:试验在相同条件下独立重复地进行n次,保证每一次试验中“成功”的概率和“不成功”的概率都保持不变.
若用X表示n重伯努利试验中成功的次数,则X的分布列可表示为
X 0 1 … k … n
P Cp0· (1-p)n Cp1· (1-p)n-1 … Cpk· (1-p)n-k … Cpn· (1-p)0
2.二项分布中各个参数的意义
n表示试验的总次数;k表示在n重伯努利试验中成功的次数;p表示试验成功的概率;1-p表示试验不成功的概率.
[基点训练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“?”)
(1)在n重伯努利试验中,各次试验结果之间没有影响.( )
(2)在n重伯努利试验中,各次试验成功的概率可以不同.( )
(3)在n重伯努利试验中,事件A恰好发生k次与事件A恰好在第k次发生不一样.( )
(4)某同学投篮的命中率为0.6,他10次投篮命中的次数X是一个随机变量,且X~B(10,0.6).( )
(5)若X~B(5,0.4),则EX=2,DX=3.( )
2.若X~B(10,0.8),则P(X=8)等于( )
A.C×0.88×0.22 B.C×0.82×0.28
C.0.88×0.22 D.0.82×0.28
3.已知随机变量X服从二项分布B,则EX=( )
A.4 B.
C.2 D.1
题型(一) n重伯努利试验发生的概率
[例1] 甲、乙两名同学进行羽毛球比赛,比赛采取5局3胜制,假设每局比赛相互独立且没有平局,若每局比赛甲胜的概率为,则比赛在第4局结束的概率为( )
A. B.
C. D.
听课记录:
n重伯努利试验概率求解的关注点
(1)解此类题常用到互斥事件概率加法公式,相互独立事件概率乘法公式及对立事件的概率公式.
(2)运用n重伯努利试验的概率公式求概率时,首先判断问题中涉及的试验是否为n重伯努利试验,判断时注意各次试验之间是相互独立的,并且每次试验的结果只有两种(即要么发生,要么不发生),在任何一次试验中某一事件发生的概率都相等,然后用相关公式求概率.
[针对训练]
1.若某射手每次射击击中目标的概率均为,每次射击的结果相互独立,则在他连续4次射击中,恰好有两次击中目标的概率为( )
A. B.
C. D.
2.如图电子元件设备,当甲能正常工作,且乙和丙至少有一个正常工作时,设备正常工作,其中甲、乙、丙能正常工作的概率都为p(0<p<1),且互不影响,则电子元件设备能正常工作的概率是( )
A.2p2-p3 B.p3
C.1-p2 D.p2-p3
题型(二) 二项分布的均值与方差
[例2] [多选]若袋子中有4个白球,2个黑球,现从袋子中有放回地随机取球4次,每次取一个球,取到白球记1分,取到黑球记0分,记4次取球的总分数为X,则( )
A.X~B B.P(X=3)=
C.EX= D.DX=
听课记录:
解决此类问题第一步是判断随机变量X服从什么分布,第二步代入相应的公式求解.若X服从两点分布,则EX=p,DX=p(1-p);若X服从二项分布,即X~B(n,p),则EX=np,DX=np(1-p).
[针对训练]
3.已知随机变量X~B(6,p),且EX+DX=,则p=( )
A. B.
C. D.
4.甲从学校乘车回家,途中有3个交通岗,假设在各交通岗遇红灯的事件是相互独立的,并且概率都是,则甲回家途中遇红灯次数的数学期望是( )
A.1.2 B.1.6
C.1.5 D.2
题型(三) 二项分布的实际应用
[例3] 某工厂为了保质保量,厂部决定开展有奖生产竞赛,竞赛规则如下:2人一组,每组做①号产品和②号产品两种,同组的两人,每人只能做1种产品且两人做不同产品,若做出的产品是“优质品”,则可获得奖金,每件①号产品的“优质品”的奖金为50元,每件②号产品的“优质品”的奖金为40元.现有甲、乙两人同组,甲做①号产品每天可做3件,做②号产品每天可做4件,做的每件①号产品或②号产品是“优质品”的概率均为;乙做①号产品每天可做4件,做②号产品每天可做3件,做的每件①号产品或②号产品是“优质品”的概率均为.做产品时,每件产品是否为“优质品”相互独立,甲、乙两人做产品也相互独立.
(1)若甲做①号产品,记X1为甲每天所得奖金数,Y1为乙每天所得奖金数,求X1,Y1的分布列;
(2)若要甲、乙两人每天所得奖金之和的数学期望最大,则甲应做①号产品还是②号产品?请说明理由.
听课记录:
二项分布的实际应用问题的求解步骤
(1)根据题意设出随机变量.
(2)判断随机变量是否服从二项分布.
(3)求出参数n和p的值.
(4)根据二项分布的均值、方差的计算公式求解.
[针对训练]
5.在一个抽奖游戏中,主持人从编号为1,2,3的三个外观相同的空箱子中随机选择一个,放入一个金蛋,再将三个箱子关闭.主持人知道金蛋在哪个箱子里.游戏规则是主持人请抽奖人在三个箱子中选择一个,若金蛋在此箱子里,抽奖人得到200元奖金;若金蛋不在此箱子里,抽奖人得到50元参与奖.无论抽奖人是否抽中金蛋,主持人都重新随机放置金蛋,关闭三个箱子,等待下一个抽奖人.
(1)求前3位抽奖人抽中金蛋人数X的分布列和方差;
(2)为了增加节目效果,改变游戏规则.当抽奖人选定编号后,主持人在剩下的两个箱子中打开一个空箱子.与此同时,主持人也给抽奖人一个改变选择的机会.如果抽奖人改变选择后,抽到金蛋,奖金翻倍;否则,取消参与奖.若仅从最终所获得的奖金考虑,抽奖人该如何抉择呢?
4.1 二项分布
?课前环节
1.n次 n次 相互独立
2.P(X=k)=Cpk(1-p)n-k(k=0,1,2,…,n)
X~B(n,p)
3.(1)np np(1-p) (2)p(1-p)
[基点训练]
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)×
2.选A ∵X~B(10,0.8),
∴P(X=8)=C×0.88×0.22,故选A.
3.选C 由随机变量X服从二项分布B,可得EX=np=4×=2.
?课堂环节
[题型(一)]
[例1] 选C 打完第4局比赛结束,包含以下两种情况:
第4局甲赢,前三局甲赢两局,概率为
C×2××=;
第4局乙赢,前三局乙赢两局,概率为
C×2××=,
∴打完第4局比赛结束的概率为
+=,故选C.
[针对训练]
1.选B 他连续4次射击中,恰好有两次击中目标的概率为C22=.
2.选A 电子元件设备能正常工作的情况为甲能正常工作的同时,乙、丙至少有一个能正常工作,故电子元件设备能正常工作的概率为p[Cp(1-p)+Cp2]=2p2-p3.
[题型(二)]
[例2] 选BC 由题意可知,每次摸到白球的概率为=,则X~B,A错误;P(X=3)=C·3·=,B正确;EX=4×=,C正确;DX=4××=,D错误.
[针对训练]
3.选C 因为随机变量X~B(6,p),所以EX=6p,DX=6p(1-p),因为EX+DX=,所以6p+6p(1-p)=,解得p=或p=(舍去).
4.选A 由题意,设甲回家途中遇红灯次数为X,则随机变量X~B,所以甲回家途中遇红灯次数的数学期望为EX=3×==1.2.
[题型(三)]
[例3] 解:(1)X1可能的取值为0,50,100,150,
则P(X1=0)=3=,
P(X1=50)=C××2=,
P(X1=100)=C×2×=,
P(X1=150)=3=,
所以X1的分布列为
X1 0 50 100 150
P
Y1可能的取值为0,40,80,120,
P(Y1=0)=3=,
P(Y1=40)=C××2=,
P(Y1=80)=C×2×=,
P(Y1=120)=3=,
所以Y1的分布列为
Y1 0 40 80 120
P
(2)由题可知甲、乙二人每天做出的优质品数服从二项分布,
甲做①号产品,乙做②号产品每天获得的奖金期望 3××50+3××40=(元),
甲做②号产品,乙做①号产品每天获得的奖金期望 4××40+4××50=(元),>,
所以甲应做②号产品.
[针对训练]
5.解:(1)由题意知,抽中金蛋人数X服从二项分布,即X~B,
即X所有可能的取值为0,1,2,3,
P(X=0)=3=;
P(X=1)=C××2==;
P(X=2)=C××2==;
P(X=3)=3=,
∴X的分布列为
X 0 1 2 3
P
∴中奖人数的方差DX=3××=.
(2)若改变选择,记获得奖金数为Y,则Y可能的取值为0,400,
则P(Y=400)=×1=,
P(Y=0)=1-P(Y=400)=,
∴改变选择时,获得奖金数的数学期望
EY=0×+400×=;
若不改变选择,记获得奖金数为Z,则Z可能的取值为50,200,
则P(Z=50)=,P(Z=200)=,
∴不改变选择时,获得奖金数的数学期望
EZ=50×+200×=100.
∵EY>EZ,∴抽奖人应改变选择.(共65张PPT)
4.1
二项分布
(强基课—梯度进阶式教学)
课时目标
1.掌握n重伯努利试验的概念,掌握二项分布及其数字特征.
2.理解n重伯努利试验的模型,能用二项分布解决简单的实际问题.
CONTENTS
目录
1
2
3
课前环节/预知教材·自主落实主干基础
课堂环节/题点研究·迁移应用融会贯通
课时跟踪检测
课前环节/预知教材·自主落实主干基础
1.n重伯努利试验
定义 一般地,在相同条件下重复做______伯努利试验,且每次试验的结果都不受其他试验结果的影响,称这样的n次独立重复试验为n重伯努利试验
特征 ①同一个伯努利试验重复做______.
②各次试验的结果_________
n次
n次
相互独立
微点助解
1.二项分布的特点
(1)对立性:即一次试验中只有两种结果——“成功”和“不成功”,而且有且仅有一个发生.
(2)重复性:试验在相同条件下独立重复地进行n次,保证每一次试验中“成功”的概率和“不成功”的概率都保持不变.
若用X表示n重伯努利试验中成功的次数,则X的分布列可表示为
基点训练
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“?”)
(1)在n重伯努利试验中,各次试验结果之间没有影响. ( )
(2)在n重伯努利试验中,各次试验成功的概率可以不同. ( )
(3)在n重伯努利试验中,事件A恰好发生k次与事件A恰好在第k次发生不一样. ( )
(4)某同学投篮的命中率为0.6,他10次投篮命中的次数X是一个随机变量,且X~B(10,0.6). ( )
(5)若X~B(5,0.4),则EX=2,DX=3. ( )
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×
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√
课堂环节/题点研究·迁移应用融会贯通
题型(一) n重伯努利试验发生的概率
√
解析:打完第4局比赛结束,包含以下两种情况:
n重伯努利试验概率求解的关注点
(1)解此类题常用到互斥事件概率加法公式,相互独立事件概率乘法公式及对立事件的概率公式.
(2)运用n重伯努利试验的概率公式求概率时,首先判断问题中涉及的试验是否为n重伯努利试验,判断时注意各次试验之间是相互独立的,并且每次试验的结果只有两种(即要么发生,要么不发生),在任何一次试验中某一事件发生的概率都相等,然后用相关公式求概率.
方法技巧
针对训练
√
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题型(二) 二项分布的均值与方差
√
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解决此类问题第一步是判断随机变量X服从什么分布,第二步代入相应的公式求解.若X服从两点分布,则EX=p,DX=p(1-p);若X服从二项分布,即X~B(n,p),则EX=np,DX=np(1-p).
方法技巧
针对训练
√
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题型(三) 二项分布的实际应用
解:(1)X1可能的取值为0,50,100,150,
所以X1的分布列为
(2)由题可知甲、乙二人每天做出的优质品数服从二项分布,
二项分布的实际应用问题的求解步骤
(1)根据题意设出随机变量.
(2)判断随机变量是否服从二项分布.
(3)求出参数n和p的值.
(4)根据二项分布的均值、方差的计算公式求解.
方法技巧
5.在一个抽奖游戏中,主持人从编号为1,2,3的三个外观相同的空箱子中随机选择一个,放入一个金蛋,再将三个箱子关闭.主持人知道金蛋在哪个箱子里.游戏规则是主持人请抽奖人在三个箱子中选择一个,若金蛋在此箱子里,抽奖人得到200元奖金;若金蛋不在此箱子里,抽奖人得到50元参与奖.无论抽奖人是否抽中金蛋,主持人都重新随机放置金蛋,关闭三个箱子,等待下一个抽奖人.
针对训练
(1)求前3位抽奖人抽中金蛋人数X的分布列和方差;
(2)为了增加节目效果,改变游戏规则.当抽奖人选定编号后,主持人在剩下的两个箱子中打开一个空箱子.与此同时,主持人也给抽奖人一个改变选择的机会.如果抽奖人改变选择后,抽到金蛋,奖金翻倍;否则,取消参与奖.若仅从最终所获得的奖金考虑,抽奖人该如何抉择呢?
∴X的分布列为
课时跟踪检测
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A级——综合提能
1.在100件产品中有5件次品,采用放回的方式从中任意抽取10件,设X表示这10件产品中的次品数,则( )
A.X~B(100,0.05) B.X~B(10,0.05)
C.X~B(100,0.95) D.X~B(10,0.95)
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6.如果随机变量ξ~B(n,p),且Eξ=10,Dξ=8,则p等于________.
解析:由题意得,Eξ=np=10,Dξ=np(1-p)=8,解得p=0.2.
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9.某运动员投篮命中率为p=0.6.
(1)求投篮1次时命中次数X的均值;
(2)求重复5次投篮时,命中次数Y的均值.
解:(1)投篮1次,命中次数X的分布列为
X 0 1
P 0.4 0.6
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(2)记“需要补种棕榈树”为事件A,由(1)得,
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13.设一次试验成功的概率为p,进行100重伯努利试验,当p=________时,成功次数的方差的值最大,其最大值为________.
解析:由题意一次试验成功的概率为p,设失败概率为q,则p+q=1,
由n重伯努利试验的方差公式可以得到Dξ=100pq,
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14.假定人们对某种特别的花粉过敏的概率为0.25,现在检验20名大学生志愿者是否对这种花粉过敏.
(1)求样本中恰好有两人过敏的概率及至少有2人过敏的概率;
(2)要使样本中至少检测到1人过敏的概率大于99.9%,则抽取的样本容量至少要多大?
(3)若检验后发现20名大学生中过敏的不到2人,这说明了什么?试分析原因.
附:0.7518=0.005 6,0.7519=0.004 2,0.7520=0.003,lg 0.75=-0.124 9.
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解:(1)设样本中对花粉过敏的人数为X,则X~B(20,0.25),
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(2)设样本容量为n,该样本中检测到对花粉过敏的人数为Y,则Y~B(n,0.25),
故P(Y≥1)=1-P(Y=0)=1-0.75n>99.9%,
得0.75n<0.001,取对数得nlg 0.75<-3,
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(3)由(1)可知检验的20人中不到2人过敏的概率为1-0.976=0.024,
此概率非常小,在正常情况下,一次实验中几乎不会发生,出现此种情况的原因有可能为
①原假设不成立,即每个人对这种花粉过敏的概率不到0.25;
②检验的样本只针对大学生,没有随机性;
③检验的环节出现了问题.课时跟踪检测(五十五) 二项分布
A级——综合提能
1.在100件产品中有5件次品,采用放回的方式从中任意抽取10件,设X表示这10件产品中的次品数,则( )
A.X~B(100,0.05) B.X~B(10,0.05)
C.X~B(100,0.95) D.X~B(10,0.95)
2.已知随机变量X~B(2,p),P(X=1)=,则E=( )
A. B.
C. D.2
3.设某实验成功率是失败率的3倍,用随机变量ξ描述3次实验成功的次数,则P(ξ=2)=( )
A. B.
C. D.
4.一袋子中有除颜色外完全相同的3个白球和4个黑球,现从袋中往外取球,每次任取一个记下颜色后放回,取球7次,设取得的白球数为X,则DX=( )
A.3 B.
C. D.
5.[多选]设随机变量ξ~B(2,p),η~B(3,p),若P(ξ≥1)=,则( )
A.p= B.Eξ=
C.Dη=1 D.P(η≥2)=
6.如果随机变量ξ~B(n,p),且Eξ=10,Dξ=8,则p等于________.
7.小李上班的路上有4个红绿灯路口,假如他走到每个红绿灯路口遇到绿灯的概率为,则他在上班的路上至少遇到2次绿灯的概率为________.
8.一个箱子中装有形状完全相同的5个白球和n(n∈N+)个黑球,现从中有放回地摸取4次,每次都是随机摸取一球,设摸得白球个数为X,若DX=1,则EX=________.
9.某运动员投篮命中率为p=0.6.
(1)求投篮1次时命中次数X的均值;
(2)求重复5次投篮时,命中次数Y的均值.
10.某公园种植了4棵棕榈树,各棵棕榈树成活与否是相互独立的,且成活率均为,设ξ为成活棕榈树的棵数.
(1)求ξ的分布列;
(2)若有2棵或2棵以上的棕榈树未成活,则需要补种,求需要补种棕榈树的概率.
B级——应用创新
11.A,B两组各有3人独立的破译某密码,A组每个人成功破译出该密码的概率为p1,B组每个人成功破译出该密码的概率为p2,记A,B两组中成功破译出该密码的人数分别为X,Y,若0
A.EX>EY,DXEY,DX>DY
C.EXDY
12.[多选]右图是一块高尔顿板示意图,在一块木块上钉着若干排互相平行但相互错开的圆柱形小木钉,小木钉之间留有适当的空隙作为通道,前面挡有一块玻璃,将小球从顶端放入,小球在下落过程中,每次碰到小木钉后都等可能地向左或向右落下,最后落入底部的格子中,格子从左到右分别编号为2,3,…,7,用X表示小球落入格子的号码,则( )
A.P(X=7)= B.EX=
C.当P最大时,X=4或5 D.DX=
13.设一次试验成功的概率为p,进行100重伯努利试验,当p=________时,成功次数的方差的值最大,其最大值为________.
14.假定人们对某种特别的花粉过敏的概率为0.25,现在检验20名大学生志愿者是否对这种花粉过敏.
(1)求样本中恰好有两人过敏的概率及至少有2人过敏的概率;
(2)要使样本中至少检测到1人过敏的概率大于99.9%,则抽取的样本容量至少要多大?
(3)若检验后发现20名大学生中过敏的不到2人,这说明了什么?试分析原因.
附:0.7518=0.005 6,0.7519=0.004 2,0.7520=0.003,lg 0.75=-0.124 9.
课时跟踪检测(五十五)
1.选B 有放回抽取,每次取到次品的概率都是=0.05,相当于10重伯努利试验,所以X服从二项分布B(10,0.05).
2.选A 依题意,P(X=1)=C·p·(1-p)=2·p·(1-p)=,解得p=,所以EX=2×=1,所以E=EX=×1=.
3.选A 由于成功率是失败率的3倍,所以成功率是,失败率是,所以P(ξ=2)=C×2×=.
4.选C 每次取到白球的概率为,由题意知X~B,则DX=7××=.
5.选ABD 由P(ξ=0)+P(ξ≥1)=1,则P(ξ=0)=Cp0(1-p)2=,可得p=,所以Eξ=2×=,Dη=3××=,P(η≥2)=Cp2(1-p)1+Cp3(1-p)0=+=.
6.解析:由题意得,Eξ=np=10,Dξ=np(1-p)=8,解得p=0.2.
答案:0.2
7.解析:4次均不是绿灯的概率为C×4×0=,3次不是绿灯的概率为C×3×=,∴至少遇到2次绿灯的概率为1--=.
答案:
8.解析:有放回地摸取4次,每次随机摸取一球是白球的概率相等,设为p,而摸取1次即为一次试验,只有两个不同结果,因此,X~B(4,p),则DX=4(1-p)p=1,解得p=,所以EX=4p=2.
答案:2
9.解:(1)投篮1次,命中次数X的分布列为
X 0 1
P 0.4 0.6
则EX=0.6.
(2)由题意,重复5次投篮,命中的次数Y服从二项分布,即Y~B(5,0.6),
则EY=np=5×0.6=3.
10.解:(1)易知ξ所有可能的取值为0,1,2,3,4,
且P(ξ=0)=C04=,
P(ξ=1)=C13=,
P(ξ=2)=C22=,
P(ξ=3)=C31=,
P(ξ=4)=C40=,
所以ξ的分布列为
ξ 0 1 2 3 4
P
(2)记“需要补种棕榈树”为事件A,由(1)得,
P(A)=P(ξ≤2)=++=,
所以需要补种棕榈树的概率为.
11.选C 由题意可知,X服从二项分布B(3,p1),所以EX=3p1,DX=3p1(1-p1).同理,Y服从二项分布B(3,p2),所以EY=3p2,DY=3p2(1-p2).因为012.选CD 记事件A=“向右落下”,则事件=“向左落下”,则P(A)=P()=,设Y表示事件A发生的次数,因为小球最后落入格子的号码X等于事件A发生的次数Y加上2,则Y=X-2,而小球在下落过程中共碰撞小木钉5次,则Y~B,P(X=7)=P(Y=5)=5=,故A错误;EX=EY+2=5×+2=,故B错误;P(X=2)=P(Y=0)=5=,P(X=3)=P(Y=1)=C××4=,P(X=4)=P(Y=2)=C×2×3=,P(X=5)=P(Y=3)=C×3×2=,P(X=6)=P(Y=4)=C×4×=,P(X=7)=P(Y=5)=C×5=,故当X=4或X=5时,概率P最大,故C正确;DX=DY=5××=,故D正确.
13.解析:由题意一次试验成功的概率为p,设失败概率为q,则p+q=1,由n重伯努利试验的方差公式可以得到Dξ=100pq,
由于p,q∈[0,1],故pq≤2=,当且仅当p=q=时等号成立,故方差的最大值为100×=25.
答案: 25
14.解:(1)设样本中对花粉过敏的人数为X,则X~B(20,0.25),
故P(X=2)=C×0.252×0.7518=0.066 5,
P(X≥2)=1-P(X=0)-P(X=1)=1-0.7520-C×0.25×0.7519=1-0.003-0.021=0.976.所以样本中恰好有两人过敏的概率为0.066 5,至少有2人过敏的概率为0.976.
(2)设样本容量为n,该样本中检测到对花粉过敏的人数为Y,则Y~B(n,0.25),
故P(Y≥1)=1-P(Y=0)=1-0.75n>99.9%,得0.75n<0.001,取对数得nlg 0.75<-3,所以n>≈24.02,
所以抽取的样本的容量至少为25.
(3)由(1)可知检验的20人中不到2人过敏的概率为1-0.976=0.024,
此概率非常小,在正常情况下,一次实验中几乎不会发生,出现此种情况的原因有可能为
①原假设不成立,即每个人对这种花粉过敏的概率不到0.25;
②检验的样本只针对大学生,没有随机性;
③检验的环节出现了问题.