7.3.2 离散型随机变量的方差
1.有甲、乙两种水稻,测得每种水稻各10株的分蘖数据,计算出样本均值相等,方差分别为D(X甲)=11,D(X乙)=3.4.由此可以估计( )
A.甲种水稻比乙种水稻分蘖整齐
B.乙种水稻比甲种水稻分蘖整齐
C.甲、乙两种水稻分蘖整齐程度相同
D.甲、乙两种水稻分蘖整齐程度不能比较
2.设X,Y为随机变量,且E(X)=2,E(X2)=6,Y=2X-1,则D(Y)=( )
A.9 B.8
C.5 D.4
3.已知随机变量ξ的分布列为P(ξ=k)=,k=1,2,3,则D(3ξ+5)=( )
A.6 B.9
C.3 D.4
4.设随机变量ξ的分布列为P(ξ=k)=pk(1-p)1-k(k=0,1),则E(ξ),D(ξ)的值分别是( )
A.0和1 B.p和p2
C.p和1-p D.p和p(1-p)
5.甲、乙两台自动机床各生产同种标准的产品1 000件,X表示甲机床生产1 000件产品中的次品数,Y表示乙机床生产1 000件产品中的次品数,经过一段时间的考察,X,Y的分布列分别如表一、表二所示.据此判断( )
表一
X 0 1 2 3
P 0.7 0 0.2 0.1
表二
Y 0 1 2 3
P 0.6 0.2 0.1 0.1
A.甲比乙质量好 B.乙比甲质量好
C.甲与乙质量相同 D.无法判定
6.(多选)袋内有大小完全相同的2个黑球和3个白球,从中不放回地每次任取1个小球,直至取到白球后停止取球,则( )
A.抽取2次后停止取球的概率为
B.停止取球时,取出的白球个数不少于黑球的概率为
C.取球次数ξ的均值为2
D.取球次数ξ的方差为
7.已知随机变量X的分布列如下表所示,则a= ,D(X)= .
X 1 3 5
P 0.4 0.1 a
8.设抛掷一枚骰子的点数为随机变量X,则= .
9.已知盒子中装有n(n>1,n∈N*)个一等品和2个二等品,从中任取2个产品(取到每个产品都是等可能的),用随机变量X表示取到一等品的个数,X的分布列如下表所示,则D(X)= .
X 0 1 2
P a b
10.已知η的分布列为
η 0 10 20 50 60
P
(1)求η的方差;
(2)设Y=2η-E(η),求D(Y).
11.已知随机变量ξi,满足P(ξi=1)=pi,P(ξi=0)=1-pi,i=1,2.若0<p1<p2<,则( )
A.E(ξ1)<E(ξ2),D(ξ1)<D(ξ2)
B.E(ξ1)<E(ξ2),D(ξ1)>D(ξ2)
C.E(ξ1)>E(ξ2),D(ξ1)<D(ξ2)
D.E(ξ1)>E(ξ2),D(ξ1)>D(ξ2)
12.某旅游公司为三个旅游团提供了a,b,c,d四条旅游线路,每个旅游团可任选其中一条线路,则选择a线路的旅游团数X的方差D(X)= .
13.开展中小学生课后服务,是促进学生健康成长、帮助家长解决接送学生困难的重要举措,是进一步增强教育服务能力、使人民群众具有更多获得感和幸福感的民生工程,某校为确保学生课后服务工作顺利开展,制定了两套工作方案,为了解学生对这两套方案的支持情况,现随机抽取100个学生进行调查,获得数据如表所示(用频率估计概率,且所有学生对活动方案是否支持相互独立).
男 女
支持方案一 24 16
支持方案二 25 35
(1)从该校支持方案一和支持方案二的学生中各随机抽取1人,设X为两人中抽出女生的人数,求X的分布列与均值;
(2)在(1)中,设Y表示两人中抽出男生的人数,试判断方差D(X)与D(Y)的大小.
14.某射手射击一次所得环数X的分布列如下表:
X 7 8 9 10
P 0.1 0.4 0.3 0.2
现该射手进行两次射击,以两次射击中所得最高环数作为他的成绩,记为ξ,则D(ξ)= .
15.某商场经销某商品,根据以往资料统计,顾客采用的付款期数ξ的分布列为
ξ 1 2 3 4 5
P 0.2 0.3 0.3 0.1 0.1
商场经销一件该商品,顾客采用1期付款,其利润为200元;分2期或3期付款,其利润为300元;分4期或5期付款,其利润为400元,η表示经销一件该商品的利润.
(1)求事件A:“购买该商品的3位顾客中至少有1位采用1期付款”的概率P(A);
(2)求η的分布列、期望和方差.
7.3.2 离散型随机变量的方差
1.B ∵D(X甲)>D(X乙),∴乙种水稻比甲种水稻分蘖整齐.
2.B 由题意,D(X)=E(X2)-(E(X))2=6-4=2,故D(Y)=D(2X-1)=22D(X)=8.
3.A 由题可得,E(ξ)=×(1+2+3)=2,∴D(ξ)=[(1-2)2+(2-2)2+(3-2)2]=,D(3ξ+5)=32×D(ξ)=6,故选A.
4.D 由题可得,P(ξ=0)=1-p,P(ξ=1)=p,E(ξ)=0×(1-p)+1×p=p,D(ξ)=(1-p)2×p+(0-p)2×(1-p)=p(1-p),故选D.
5.B 由分布列可求甲的次品数的均值为E(X) =0×0.7+1×0+2×0.2+3×0.1=0.7,乙的次品数的均值为E(Y)=0×0.6+1×0.2+2×0.1+3×0.1=0.7,D(X)=(0-0.7)2×0.7+(1-0.7)2×0+(2-0.7)2×0.2+(3-0.7)2×0.1=1.21,D(Y)=(0-0.7)2×0.6+(1-0.7)2×0.2+(2-0.7)2×0.1+(3-0.7)2×0.1=1.01,E(X)=E(Y),D(X)>D(Y),所以乙比甲质量好.
6.BD 设取球次数为ξ,则ξ的可能取值为1,2,3,则P(ξ=1)=,P(ξ=2)=×=,P(ξ=3)=×=.对于A选项,抽取2次后停止取球的概率为P(ξ=2)=,A选项错误;对于B选项,停止取球时,取出的白球个数不少于黑球的概率为P(ξ=1)+P(ξ=2)=+=,B选项正确;对于C选项,取球次数ξ的均值为E(ξ)=1×+2×+3×=,C选项错误;对于D选项,取球次数ξ的方差为D(ξ)=(1-)2×+(2-)2×+(3-)2×=,D选项正确.
7.0.5 3.56 解析:根据随机变量分布列的性质,知0.4+0.1+a=1,所以a=0.5,E(X)=0.4+0.3+2.5=3.2,D(X)=2.22×0.4+0.22×0.1+1.82×0.5=3.56.
8. 解析:易知X的所有可能取值为1,2,3,4,5,6,且每种取值的概率都为,所以E(X)=(1+2+3+4+5+6)=,D(X)=E(X2)-=(1+4+9+16+25+36)-()2=,所以=.
9. 解析:由分布列可得a+b= ,P(X=1)==,所以n=2,又P(X=0)===a,所以b=,进而可得E(X)=+2b=1,故D(X)=(0-1)2a+(1-1)2×+(2-1)2b=a+b=.
10.解:(1)∵E(η)=0×+10×+20×+50×+60×=16,
∴D(η)=(0-16)2×+(10-16)2×+(20-16)2×+(50-16)2×+(60-16)2×=384.
(2)∵Y=2η-E(η),
∴D(Y)=D[2η-E(η)]=22D(η)=4×384=1 536.
11.A 因为E(ξ1)=p1,E(ξ2)=p2,所以E(ξ1)<E(ξ2).D(ξ1)=p1(1-p1),D(ξ2)=p2(1-p2),D(ξ1)-D(ξ2)=(p1-p2)(1-p1-p2)<0,故选A.
12. 解析:由题意知X的可能取值有0,1,2,3,则P(X=0)==,P(X=1)==,P(X=2)==,P(X=3)==.故E(X)=0×+1×+2×+3×=,D(X)=(0-)2×+(1-)2×+(2-)2×+(3-)2×=×+×+×+×=.
13.解:(1)记“从方案一中抽取到女生”为事件A,“从方案二中抽取到女生”为事件B,则P(A)==,P(B)==,
X的可能取值为0,1,2,
所以P(X=0)=(1-)×(1-)=,
P(X=1)=(1-)×+×(1-)=,
P(X=2)=×=,
所以X的分布列为
X 0 1 2
P
E(X)=0×+1×+2×=.
(2)依题意可得Y=2-X,所以D(Y)=D(2-X)=(-1)2D(X)=D(X),即D(Y)=D(X).
14.0.63 解析:ξ的可能取值为7,8,9,10,且P(ξ=7)=0.12=0.01,P(ξ=8)=2×0.1×0.4+0.42=0.24,P(ξ=9)=2×0.1×0.3+2×0.4×0.3+0.32=0.39,P(ξ=10)=2×0.1×0.2+2×0.4×0.2+2×0.3×0.2+0.22=0.36.所以ξ的分布列为
ξ 7 8 9 10
P 0.01 0.24 0.39 0.36
E(ξ)=7×0.01+8×0.24+9×0.39+10×0.36=9.1,D(ξ)=(7-9.1)2×0.01+(8-9.1)2×0.24+(9-9.1)2×0.39+(10-9.1)2×0.36=0.63.
15.解:(1)“购买该商品的3位顾客中至少有1位采用1期付款”的对立事件是“购买该商品的3位顾客中无人采用1期付款”.
∵A表示事件“购买该商品的3位顾客中至少有1位采用1期付款”,可知表示事件“购买该商品的3位顾客中无人采用1期付款”,
P()=(1-0.2)3=0.512,∴P(A)=1-P()=1-0.512=0.488.
(2)根据顾客采用的付款期数ξ的分布列对应于η的可能取值为200元,300元,400元,得到η对应的事件的概率,
P(η=200)=P(ξ=1)=0.2,
P(η=300)=P(ξ=2)+P(ξ=3)=0.3+0.3=0.6,
P(η=400)=P(ξ=4)+P(ξ=5)=0.1+0.1=0.2,
故η的分布列为
η 200 300 400
P 0.2 0.6 0.2
∴期望E(η)=200×0.2+300×0.6+400×0.2=300.
∴方差D(η)=(200-300)2×0.2+(300-300)2×0.6+(400-300)2×0.2=4 000.
2 / 37.3.2 离散型随机变量的方差
新课程标准解读 核心素养
1.通过具体实例,理解离散型随机变量的方差及标准差的概念 数学抽象
2.能计算简单离散型随机变量的方差,并能解决一些实际问题 数学建模、数学运算
3.掌握方差的性质以及方差的求法,会利用公式求方差 数学运算
甲、乙两个工人生产同一产品,在相同的条件下,他们生产100件产品所出的次品数分别用X1,X2表示,X1,X2的分布列如下:
次品数X1 0 1 2 3
P 0.7 0.2 0.06 0.04
次品数X2 0 1 2 3
P 0.8 0.06 0.04 0.10
【问题】 (1)由E(X1)和E(X2)的值能比较两名工人的产品质量吗?
(2)试想利用什么指标可以比较加工质量?
知识点 离散型随机变量的方差
1.定义:设离散型随机变量X的分布列如下表所示:
X x1 x2 … xn
P p1 p2 … pn
我们称D(X)= = 为随机变量X的方差,有时也记为Var(X).
2.标准差
称 为随机变量X的标准差,记为σ(X).
3.方差的性质
(1)D(X+b)= ;
(2)D(aX)= ;
(3)D(aX+b)= .
提醒 对方差概念的再理解:①D(X)表示随机变量X对E(X)的平均偏离程度,D(X)越大,表明平均偏离程度越大,说明X的取值越分散;②方差也可以用公式D(X)=E(X2)-(E(X))2计算;③若X服从两点分布,则D(X)=p(1-p)(其中p为成功概率).
【想一想】
随机变量的方差与样本方差有什么关系?
1.判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)离散型随机变量的方差越大,随机变量越稳定.( )
(2)若a是常数,则D(a)=0.( )
(3)离散型随机变量的方差反映了随机变量偏离于期望的平均程度.( )
(4)若随机变量X服从两点分布,且成功的概率p=0.5,则D(X)=0.25.( )
2.已知随机变量X的分布列为
X -1 0 1
P 0.5 0.3 0.2
则D(X)=( )
A.0.7 B.0.61
C.-0.3 D.0
3.设随机变量ξ的方差D(ξ)=1,则D(2ξ+1)=( )
A.2 B.3
C.4 D.5
题型一 求离散型随机变量的方差
【例1】 袋中有除颜色外其他都相同的6个小球,其中红球2个、黄球4个,规定取1个红球得2分,1个黄球得1分.从袋中任取3个小球,记所取3个小球的分数之和为X,求随机变量X的分布列、均值和方差.
通性通法
求离散型随机变量X的方差的基本步骤
(1)理解X的意义,写出X的可能取值;
(2)写出X的分布列;
(3)由均值的定义求出E(X);
(4)利用公式D(X)=(xi-E(X))2pi求出D(X).
【跟踪训练】
甲、乙两人进行定点投篮游戏,投篮者若投中,则继续投篮,否则由对方投篮.第一次由甲投篮,已知每次投篮甲、乙命中的概率分别为,.在前3次投篮中,乙投篮的次数为ξ,求ξ的分布列、均值和方差.
题型二 方差的性质的应用
【例2】 已知随机变量X的分布列如下表所示:
X -1 0 1
P a
(1)求X2的分布列;
(2)求X的方差;
(3)若Y=4X+3,求Y的均值和方差.
通性通法
求随机变量Y=aX+b方差的方法
求随机变量Y=aX+b的方差,一种方法是先求Y的分布列,再求其均值,最后求方差;另一种方法是应用公式D(aX+b)=a2D(X)求解.
【跟踪训练】
已知0<a<,0<b<,随机变量X的分布列如下:
X 0 1 2
P a b
若E(X)=,则a= ,D(3X-1)= .
题型三 方差的简单应用
【例3】 为了备战2024年法国巴黎奥运会(第33届夏季奥林匹克运动会),中国射击队女子50米气步枪(三姿)队甲、乙两名运动员展开队内对抗赛,比赛得分为两个相互独立的随机变量ξ与η,且ξ,η的分布列为:
ξ 1 2 3
P a 0.1 0.6
η 1 2 3
P 0.3 b 0.3
(1)求a,b的值;
(2)计算ξ,η的期望与方差,并以此分析甲、乙技术状况.
通性通法
利用均值和方差的意义解决实际问题的步骤
(1)比较均值:离散型随机变量的均值反映了离散型随机变量取值的平均水平,因此,在实际决策问题中,需先计算均值,看谁的平均水平高;
(2)在均值相等的情况下计算方差:方差反映了离散型随机变量取值的稳定与波动、集中与离散的程度.通过计算方差,分析谁发挥相对稳定;
(3)下结论:依据均值和方差的意义作出结论.
【跟踪训练】
甲、乙两种品牌手表,它们的日走时误差分别为X和Y(单位:s),其分布列为
甲品牌的走时误差分布列
X -1 0 1
P 0.1 0.8 0.1
乙品牌的走时误差分布列
Y -2 -1 0 1 2
P 0.1 0.2 0.4 0.2 0.1
(1)求E(X)和E(Y);
(2)求D(X)和D(Y),并比较两种品牌手表的性能.
1.下列说法中正确的是( )
A.离散型随机变量X的均值E(X)反映了X取值的概率的平均值
B.离散型随机变量X的方差D(X)反映了X取值的平均水平
C.离散型随机变量X的均值E(X)反映了X取值的平均水平
D.离散型随机变量X的方差D(X)反映了X取值的概率的平均值
2.已知随机变量X的分布列如下,则D(X)=( )
X 1 2 3
P
A. B.1
C. D.
3.已知随机变量X,且D(10X)=,则X的标准差为 .
4.编号为1,2,3的三名学生随意入座编号为1,2,3的三个座位,每名学生坐一个座位,设与座位编号相同的学生的人数是ξ,求E(ξ)和D(ξ).
7.3.2 离散型随机变量的方差
【基础知识·重落实】
知识点
1.(x1-E(X))2p1+(x2-E(X))2p2+…+(xn-E(X))2pn (xi-E(X))2pi 2. 3.(1)D(X) (2)a2D(X)
(3)a2D(X)
想一想
提示:随机变量的方差是总体的方差,它是一个常数,样本的方差则是随机变量,是随样本的变化而变化的.对于简单随机样本,随着样本容量的增加,样本的方差越来越接近于总体的方差.
自我诊断
1.(1)× (2)√ (3)√ (4)√
2.B E(X)=-1×0.5+0×0.3+1×0.2=-0.3,∴D(X)=(-1+0.3)2×0.5+(0+0.3)2×0.3+(1+0.3)2×0.2=0.61.
3.C 因为D(2ξ+1)=4D(ξ)=4×1=4,故选C.
【典型例题·精研析】
【例1】 解:由题意可知,X的所有可能取值为5,4,3,
则P(X=5)==,
P(X=4)==,
P(X=3)==.
故X的分布列为
X 5 4 3
P
E(X)=5×+4×+3×=4.
D(X)=(5-4)2×+(4-4)2×+(3-4)2×=.
跟踪训练
解:乙投篮的次数ξ的可能取值为0,1,2.
则P(ξ=0)=×=,
P(ξ=1)=×+×=,
P(ξ=2)=×=.
故ξ的分布列为
ξ 0 1 2
P
故E(ξ)=0×+1×+2×=,
D(ξ)=(0-)2×+(1-)2×+(2-)2×=.
【例2】 解:(1)由分布列的性质,知++a=1,故a=,从而X2的分布列为
X2 0 1
P
(2)由(1)知a=,所以E(X)=-1×+0×+1×=-.
故D(X)=(-1+)2×+(0+)2×+(1+)2×=.
(3)由(2)知E(X)=-,D(X)=,
所以E(Y)=4E(X)+3=4×(-)+3=2,
D(Y)=16D(X)=11.
跟踪训练
5
解析:由题意可得解得因此,D(X)=(0-)2×+(1-)2×+(2-)2×=,即D(3X-1)=9D(X)=5.
【例3】 解:(1)由离散型随机变量的分布的性质可知a+0.1+0.6=1,∴a=0.3.
同理0.3+b+0.3=1,b=0.4.
(2)E(ξ)=1×0.3+2×0.1+3×0.6=2.3,E(η)=1×0.3+2×0.4+3×0.3=2,
D(ξ)=(1-2.3)2×0.3+(2-2.3)2×0.1+(3-2.3)2×0.6=0.81,
D(η)=(1-2)2×0.3+(2-2)2×0.4+(3-2)2×0.3=0.6.
由于E(ξ)>E(η),说明在一次射击中,甲的平均得分比乙高,但D(ξ)>D(η),说明甲得分的稳定性不如乙,因此甲、乙两人技术水平都不够全面,各有优势与劣势.
跟踪训练
解:(1)由已知可得,E(X)=-1×0.1+0×0.8+1×0.1=0,
E(Y)=-2×0.1-1×0.2+0×0.4+1×0.2+2×0.1=0.
(2)由(1)知,E(X)=0,E(Y)=0,
所以D(X)=(-1-0)2×0.1+(0-0)2×0.8+(1-0)2×0.1=0.2.
D(Y)=(-2-0)2×0.1+(-1-0)2×0.2+(0-0)2×0.4+(1-0)2×0.2+(2-0)2×0.1=1.2.
所以E(X)=E(Y),D(X)<D(Y),
所以两品牌手表的误差平均水平相当,但是甲品牌的手表走时更稳定.
随堂检测
1.C E(X)反映了X取值的平均水平,D(X)反映了X取值的离散程度.
2.C 由题意得E(X)=1×+2×+3×=,所以D(X)=×+×+×=.故选C.
3. 解析:由题意可知D(10X)=,即100D(X)=,∴D(X)=,∴=.即X的标准差为.
4.解:ξ的所有可能取值为0,1,3,
则P(ξ=0)==,
P(ξ=1)==,
P(ξ=3)==.
所以ξ的分布列为
ξ 0 1 3
P
E(ξ)=0×+1×+3×=1,
D(ξ)=×(0-1)2+×(1-1)2+×(3-1)2=1.
1 / 3(共63张PPT)
7.3.2
离散型随机变量的方差
新课程标准解读 核心素养
1.通过具体实例,理解离散型随机变量的方
差及标准差的概念 数学抽象
2.能计算简单离散型随机变量的方差,并能
解决一些实际问题 数学建模、数学运算
3.掌握方差的性质以及方差的求法,会利用
公式求方差 数学运算
目录
基础知识·重落实
01
典型例题·精研析
02
知能演练·扣课标
03
基础知识·重落实
01
课前预习 必备知识梳理
甲、乙两个工人生产同一产品,在相同的条件下,他们生产100
件产品所出的次品数分别用X1,X2表示,X1,X2的分布列如下:
次品数X1 0 1 2 3
P 0.7 0.2 0.06 0.04
次品数X2 0 1 2 3
P 0.8 0.06 0.04 0.10
【问题】 (1)由E(X1)和E(X2)的值能比较两名工人的产品
质量吗?
(2)试想利用什么指标可以比较加工质量?
知识点 离散型随机变量的方差
1. 定义:设离散型随机变量X的分布列如下表所示:
X x1 x2 … xn
P p1 p2 … pn
我们称D(X)=
= 为随机变
量X的方差,有时也记为Var(X).
(x1-E(X))2p1+(x2-E(X))2p2+…
+(xn-E(X))2pn
(xi-E(X))2pi
2. 标准差
3. 方差的性质
(1)D(X+b)= ;
(2)D(aX)= ;
(3)D(aX+b)= .
D(X)
a2D(X)
a2D(X)
提醒 对方差概念的再理解:①D(X)表示随机变量X对E(X)
的平均偏离程度,D(X)越大,表明平均偏离程度越大,说明X的
取值越分散;②方差也可以用公式D(X)=E(X2)-(E
(X))2计算;③若X服从两点分布,则D(X)=p(1-p)(其
中p为成功概率).
【想一想】
随机变量的方差与样本方差有什么关系?提示:随机变量的方差是
总体的方差,它是一个常数,样本的方差则是随机变量,是随样本的
变化而变化的.对于
提示:随机变量的方差是总体的方差,它是一个常数,样本的方差
则是随机变量,是随样本的变化而变化的.对于简单随机样本,随
着样本容量的增加,样本的方差越来越接近于总体的方差.
1. 判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)离散型随机变量的方差越大,随机变量越稳定. ( × )
(2)若a是常数,则D(a)=0. ( √ )
(3)离散型随机变量的方差反映了随机变量偏离于期望的平均程
度. ( √ )
(4)若随机变量X服从两点分布,且成功的概率p=0.5,则D
(X)=0.25. ( √ )
×
√
√
√
2. 已知随机变量X的分布列为
X -1 0 1
P 0.5 0.3 0.2
则D(X)=( )
A. 0.7 B. 0.61
解析: E(X)=-1×0.5+0×0.3+1×0.2=-0.3,∴D
(X)=(-1+0.3)2×0.5+(0+0.3)2×0.3+(1+0.3)
2×0.2=0.61.
C. -0.3 D. 0
3. 设随机变量ξ的方差D(ξ)=1,则D(2ξ+1)=( )
A. 2 B. 3
C. 4 D. 5
解析: 因为D(2ξ+1)=4D(ξ)=4×1=4,故选C.
典型例题·精研析
02
课堂互动 关键能力提升
题型一 求离散型随机变量的方差
【例1】 袋中有除颜色外其他都相同的6个小球,其中红球2个、
黄球4个,规定取1个红球得2分,1个黄球得1分.从袋中任取3个小
球,记所取3个小球的分数之和为X,求随机变量X的分布列、均值
和方差.
解:由题意可知,X的所有可能取值为5,4,3,
则P(X=5)= = ,P(X=4)= = ,
P(X=3)= = .
故X的分布列为
X 5 4 3
P
E(X)=5× +4× +3× =4.
D(X)=(5-4)2× +(4-4)2× +(3-4)2× = .
通性通法
求离散型随机变量X的方差的基本步骤
(1)理解X的意义,写出X的可能取值;
(2)写出X的分布列;
(3)由均值的定义求出E(X);
(4)利用公式D(X)= (xi-E(X))2pi求出D(X).
【跟踪训练】
甲、乙两人进行定点投篮游戏,投篮者若投中,则继续投篮,
否则由对方投篮.第一次由甲投篮,已知每次投篮甲、乙命中的概
率分别为 , .在前3次投篮中,乙投篮的次数为ξ,求ξ的分布
列、均值和方差.
解:乙投篮的次数ξ的可能取值为0,1,2.
则P(ξ=0)= × = ,
P(ξ=1)= × + × = ,
P(ξ=2)= × = .
故ξ的分布列为
ξ 0 1 2
P
故E(ξ)=0× +1× +2× = ,
D(ξ)=(0- )2× +(1- )2× +(2- )2× = .
题型二 方差的性质的应用
【例2】 已知随机变量X的分布列如下表所示:
X -1 0 1
P a
(1)求X2的分布列;
解: 由分布列的性质,知 + +a=1,故a= ,从而X2
的分布列为
X2 0 1
P
(2)求X的方差;
解: 由(1)知a= ,所以E(X)=-1× +0× +
1× =- .
故D(X)=(-1+ )2× +(0+ )2× +(1+ )2×
= .
(3)若Y=4X+3,求Y的均值和方差.
解: 由(2)知E(X)=- ,D(X)= ,
所以E(Y)=4E(X)+3=4×(- )+3=2,
D(Y)=16D(X)=11.
通性通法
求随机变量Y=aX+b方差的方法
求随机变量Y=aX+b的方差,一种方法是先求Y的分布列,再
求其均值,最后求方差;另一种方法是应用公式D(aX+b)=a2D
(X)求解.
【跟踪训练】
已知0<a< ,0<b< ,随机变量X的分布列如下:
X 0 1 2
P a b
若E(X)= ,则a= ,D(3X-1)= .
5
解析:由题意可得解得因此,D(X)=
(0- )2× +(1- )2× +(2- )2× = ,即D(3X-1)
=9D(X)=5.
题型三 方差的简单应用
【例3】 为了备战2024年法国巴黎奥运会(第33届夏季奥林匹克运
动会),中国射击队女子50米气步枪(三姿)队甲、乙两名运动员展
开队内对抗赛,比赛得分为两个相互独立的随机变量ξ与η,且ξ,η的
分布列为:
ξ 1 2 3
P a 0.1 0.6
η 1 2 3
P 0.3 b 0.3
(1)求a,b的值;
解: 由离散型随机变量的分布的性质可知a+0.1+0.6=
1,∴a=0.3.
同理0.3+b+0.3=1,b=0.4.
(2)计算ξ,η的期望与方差,并以此分析甲、乙技术状况.
解: E(ξ)=1×0.3+2×0.1+3×0.6=2.3,E(η)=
1×0.3+2×0.4+3×0.3=2,
D(ξ)=(1-2.3)2×0.3+(2-2.3)2×0.1+(3-2.3)
2×0.6=0.81,
D(η)=(1-2)2×0.3+(2-2)2×0.4+(3-2)2×0.3
=0.6.
由于E(ξ)>E(η),说明在一次射击中,甲的平均得分比乙
高,但D(ξ)>D(η),说明甲得分的稳定性不如乙,因此
甲、乙两人技术水平都不够全面,各有优势与劣势.
通性通法
利用均值和方差的意义解决实际问题的步骤
(1)比较均值:离散型随机变量的均值反映了离散型随机变量取值
的平均水平,因此,在实际决策问题中,需先计算均值,看谁
的平均水平高;
(2)在均值相等的情况下计算方差:方差反映了离散型随机变量取
值的稳定与波动、集中与离散的程度.通过计算方差,分析谁发
挥相对稳定;
(3)下结论:依据均值和方差的意义作出结论.
【跟踪训练】
甲、乙两种品牌手表,它们的日走时误差分别为X和Y(单位:
s),其分布列为
甲品牌的走时误差分布列
X -1 0 1
P 0.1 0.8 0.1
乙品牌的走时误差分布列
Y -2 -1 0 1 2
P 0.1 0.2 0.4 0.2 0.1
(1)求E(X)和E(Y);
解: 由已知可得,E(X)=-1×0.1+0×0.8+1×0.1
=0,
E(Y)=-2×0.1-1×0.2+0×0.4+1×0.2+2×0.1=0.
(2)求D(X)和D(Y),并比较两种品牌手表的性能.
解: 由(1)知,E(X)=0,E(Y)=0,
所以D(X)=(-1-0)2×0.1+(0-0)2×0.8+(1-0)
2×0.1=0.2.
D(Y)=(-2-0)2×0.1+(-1-0)2×0.2+(0-0)
2×0.4+(1-0)2×0.2+(2-0)2×0.1=1.2.
所以E(X)=E(Y),D(X)<D(Y),
所以两品牌手表的误差平均水平相当,但是甲品牌的手表走时
更稳定.
1. 下列说法中正确的是( )
A. 离散型随机变量X的均值E(X)反映了X取值的概率的平均值
B. 离散型随机变量X的方差D(X)反映了X取值的平均水平
C. 离散型随机变量X的均值E(X)反映了X取值的平均水平
D. 离散型随机变量X的方差D(X)反映了X取值的概率的平均值
解析: E(X)反映了X取值的平均水平,D(X)反映了X取
值的离散程度.
2. 已知随机变量X的分布列如下,则D(X)=( )
X 1 2 3
P
B. 1
解析: 由题意得E(X)=1× +2× +3× = ,所以D(X)= × + × + × = .故选C.
3. 已知随机变量X,且D(10X)= ,则X的标准差为 .
解析:由题意可知D(10X)= ,即100D(X)= ,∴D
(X)= ,∴ = .即X的标准差为 .
4. 编号为1,2,3的三名学生随意入座编号为1,2,3的三个座位,每
名学生坐一个座位,设与座位编号相同的学生的人数是ξ,求E
(ξ)和D(ξ).
解:ξ的所有可能取值为0,1,3,则P(ξ=0)= = ,
P(ξ=1)= = ,P(ξ=3)= = .
所以ξ的分布列为
ξ 0 1 3
P
E(ξ)=0× +1× +3× =1,
D(ξ)= ×(0-1)2+ ×(1-1)2+ ×(3-1)2=1.
知能演练·扣课标
03
课后巩固 核心素养落地
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1. 有甲、乙两种水稻,测得每种水稻各10株的分蘖数据,计算出样本
均值相等,方差分别为D(X甲)=11,D(X乙)=3.4.由此可以
估计( )
A. 甲种水稻比乙种水稻分蘖整齐
B. 乙种水稻比甲种水稻分蘖整齐
C. 甲、乙两种水稻分蘖整齐程度相同
D. 甲、乙两种水稻分蘖整齐程度不能比较
解析: ∵D(X甲)>D(X乙),∴乙种水稻比甲种水稻分蘖
整齐.
2. 设X,Y为随机变量,且E(X)=2,E(X2)=6,Y=2X-1,
则D(Y)=( )
A. 9 B. 8
C. 5 D. 4
解析: 由题意,D(X)=E(X2)-(E(X))2=6-4=
2,故D(Y)=D(2X-1)=22D(X)=8.
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3. 已知随机变量ξ的分布列为P(ξ=k)= ,k=1,2,3,则D
(3ξ+5)=( )
A. 6 B. 9 C. 3 D. 4
解析: 由题可得,E(ξ)= ×(1+2+3)=2,∴D(ξ)
= [(1-2)2+(2-2)2+(3-2)2]= ,D(3ξ+5)=
32×D(ξ)=6,故选A.
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4. 设随机变量ξ的分布列为P(ξ=k)=pk(1-p)1-k(k=0,
1),则E(ξ),D(ξ)的值分别是( )
A. 0和1 B. p和p2
C. p和1-p D. p和p(1-p)
解析: 由题可得,P(ξ=0)=1-p,P(ξ=1)=p,E
(ξ)=0×(1-p)+1×p=p,D(ξ)=(1-p)2×p+(0
-p)2×(1-p)=p(1-p),故选D.
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5. 甲、乙两台自动机床各生产同种标准的产品1 000件,X表示甲机
床生产1 000件产品中的次品数,Y表示乙机床生产1 000件产品中
的次品数,经过一段时间的考察,X,Y的分布列分别如表一、表
二所示.据此判断( )
表一
X 0 1 2 3
P 0.7 0 0.2 0.1
表二
Y 0 1 2 3
P 0.6 0.2 0.1 0.1
A. 甲比乙质量好
B. 乙比甲质量好
C. 甲与乙质量相同
D. 无法判定
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解析: 由分布列可求甲的次品数的均值为E(X) =0×0.7+
1×0+2×0.2+3×0.1=0.7,乙的次品数的均值为E(Y)=
0×0.6+1×0.2+2×0.1+3×0.1=0.7,D(X)=(0-0.7)
2×0.7+(1-0.7)2×0+(2-0.7)2×0.2+(3-0.7)2×0.1
=1.21,D(Y)=(0-0.7)2×0.6+(1-0.7)2×0.2+(2-
0.7)2×0.1+(3-0.7)2×0.1=1.01,E(X)=E(Y),D
(X)>D(Y),所以乙比甲质量好.
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6. (多选)袋内有大小完全相同的2个黑球和3个白球,从中不放回地
每次任取1个小球,直至取到白球后停止取球,则( )
C. 取球次数ξ的均值为2
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解析: 设取球次数为ξ,则ξ的可能取值为1,2,3,则P(ξ
=1)= ,P(ξ=2)= × = ,P(ξ=3)= × = .对
于A选项,抽取2次后停止取球的概率为P(ξ=2)= ,A选项错
误;对于B选项,停止取球时,取出的白球个数不少于黑球的概率
为P(ξ=1)+P(ξ=2)= + = ,B选项正确;对于C选
项,取球次数ξ的均值为E(ξ)=1× +2× +3× = ,C选
项错误;对于D选项,取球次数ξ的方差为D(ξ)=(1- )2× +(2- )2× +(3- )2× = ,D选项正确.
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7. 已知随机变量X的分布列如下表所示,则a= ,D(X)
= .
X 1 3 5
P 0.4 0.1 a
解析:根据随机变量分布列的性质,知0.4+0.1+a=1,所以a=
0.5,E(X)=0.4+0.3+2.5=3.2,D(X)=2.22×0.4+
0.22×0.1+1.82×0.5=3.56.
0.5
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8. 设抛掷一枚骰子的点数为随机变量X,则 = .
解析:易知X的所有可能取值为1,2,3,4,5,6,且每种取值的
概率都为 ,所以E(X)= (1+2+3+4+5+6)= ,D
(X)=E(X2)- = (1+4+9+16+25+36)-
( )2= ,所以 = .
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9. 已知盒子中装有n(n>1,n∈N*)个一等品和2个二等品,从中
任取2个产品(取到每个产品都是等可能的),用随机变量X表示
取到一等品的个数,X的分布列如下表所示,则D(X)= .
X 0 1 2
P a B
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解析:由分布列可得a+b= ,P(X=1)= = ,所以n=
2,又P(X=0)= = =a,所以b= ,进而可得E(X)=
+2b=1,故D(X)=(0-1)2a+(1-1)2× +(2-1)2b
=a+b= .
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10. 已知η的分布列为
η 0 10 20 50 60
P
(1)求η的方差;
解: ∵E(η)=0× +10× +20× +50× +
60× =16,
∴D(η)=(0-16)2× +(10-16)2× +(20-16)
2× +(50-16)2× +(60-16)2× =384.
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(2)设Y=2η-E(η),求D(Y).
解: ∵Y=2η-E(η),
∴D(Y)=D[2η-E(η)]=22D(η)=4×384=
1 536.
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11. 已知随机变量ξi,满足P(ξi=1)=pi,P(ξi=0)=1-pi,i
=1,2.若0<p1<p2< ,则( )
A. E(ξ1)<E(ξ2),D(ξ1)<D(ξ2)
B. E(ξ1)<E(ξ2),D(ξ1)>D(ξ2)
C. E(ξ1)>E(ξ2),D(ξ1)<D(ξ2)
D. E(ξ1)>E(ξ2),D(ξ1)>D(ξ2)
解析: 因为E(ξ1)=p1,E(ξ2)=p2,所以E(ξ1)<E
(ξ2).D(ξ1)=p1(1-p1),D(ξ2)=p2(1-p2),D
(ξ1)-D(ξ2)=(p1-p2)(1-p1-p2)<0,故选A.
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解析:由题意知X的可能取值有0,1,2,3,则P(X=0)=
= ,P(X=1)= = ,P(X=2)= = ,P
(X=3)= = .故E(X)=0× +1× +2× +3×
= ,D(X)=(0- )2× +(1- )2× +(2- )
2× +(3- )2× = × + × + × + × =
.
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13. 开展中小学生课后服务,是促进学生健康成长、帮助家长解决接
送学生困难的重要举措,是进一步增强教育服务能力、使人民群
众具有更多获得感和幸福感的民生工程,某校为确保学生课后服
务工作顺利开展,制定了两套工作方案,为了解学生对这两套方
案的支持情况,现随机抽取100个学生进行调查,获得数据如表所
示(用频率估计概率,且所有学生对活动方案是否支持相互独
立).
男 女
支持方案一 24 16
支持方案二 25 35
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(1)从该校支持方案一和支持方案二的学生中各随机抽取1人,
设X为两人中抽出女生的人数,求X的分布列与均值;
解: 记“从方案一中抽取到女生”为事件A,“从方
案二中抽取到女生”为事件B,则P(A)= = ,P
(B)= = ,X的可能取值为0,1,2,
所以P(X=0)=(1- )×(1- )= ,
P(X=1)=(1- )× + ×(1- )= ,
P(X=2)= × = ,
所以X的分布列为
X 0 1 2
P
E(X)=0× +1× +2× = .
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(2)在(1)中,设Y表示两人中抽出男生的人数,试判断方差
D(X)与D(Y)的大小.
解: 依题意可得Y=2-X,所以D(Y)=D(2-
X)=(-1)2D(X)=D(X),即D(Y)=D
(X).
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14. 某射手射击一次所得环数X的分布列如下表:
X 7 8 9 10
P 0.1 0.4 0.3 0.2
现该射手进行两次射击,以两次射击中所得最高环数作为他的成
绩,记为ξ,则D(ξ)= .
0.63
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解析:ξ的可能取值为7,8,9,10,且P(ξ=7)=0.12=
0.01,P(ξ=8)=2×0.1×0.4+0.42=0.24,P(ξ=9)=
2×0.1×0.3+2×0.4×0.3+0.32=0.39,P(ξ=10)=
2×0.1×0.2+2×0.4×0.2+2×0.3×0.2+0.22=0.36.所以ξ的
分布列为
ξ 7 8 9 10
P 0.01 0.24 0.39 0.36
E(ξ)=7×0.01+8×0.24+9×0.39+10×0.36=9.1,D
(ξ)=(7-9.1)2×0.01+(8-9.1)2×0.24+(9-9.1)
2×0.39+(10-9.1)2×0.36=0.63.
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15. 某商场经销某商品,根据以往资料统计,顾客采用的付款期数ξ的
分布列为
ξ 1 2 3 4 5
P 0.2 0.3 0.3 0.1 0.1
商场经销一件该商品,顾客采用1期付款,其利润为200元;分2期
或3期付款,其利润为300元;分4期或5期付款,其利润为400元,
η表示经销一件该商品的利润.
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(1)求事件A:“购买该商品的3位顾客中至少有1位采用1期付
款”的概率P(A);
解: “购买该商品的3位顾客中至少有1位采用1期付
款”的对立事件是“购买该商品的3位顾客中无人采用1期付
款”.
∵A表示事件“购买该商品的3位顾客中至少有1位采用1期
付款”,可知 表示事件“购买该商品的3位顾客中无人采
用1期付款”,
P( )=(1-0.2)3=0.512,∴P(A)=1-P( )
=1-0.512=0.488.
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(2)求η的分布列、期望和方差.
解: 根据顾客采用的付款期数ξ的分布列对应于η的可
能取值为200元,300元,400元,得到η对应的事件的概率,
P(η=200)=P(ξ=1)=0.2,
P(η=300)=P(ξ=2)+P(ξ=3)=0.3+0.3=0.6,
P(η=400)=P(ξ=4)+P(ξ=5)=0.1+0.1=0.2,
故η的分布列为
η 200 300 400
P 0.2 0.6 0.2
∴期望E(η)=200×0.2+300×0.6+400×0.2=300.
∴方差D(η)=(200-300)2×0.2+(300-300)
2×0.6+(400-300)2×0.2=4 000.
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