4.2.4 随机变量的数字特征
第1课时 离散型随机变量的均值
1.通过实例理解离散型随机变量均值的概念,能计算简单离散型随机变量的均值.
2.理解离散型随机变量均值的性质. 3.掌握两点分布、二项分布与超几何分布的均值.
4.会利用离散型随机变量的均值反映离散型随机变量取值水平,解决一些相关的实际问题.
INCLUDEPICTURE "新知学习探究LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\新知学习探究LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\新知学习探究LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "新课导学1LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\新课导学1LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\新课导学1LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET
在射击运动中,射击选手每次的射击成绩是一个非常典型的随机事件.如何刻画每个选手射击的技术水平与特点?如何比较两个选手的射击情况?如何选择优秀运动员代表国家参加奥运会才能使获胜的概率较大?这些问题的解决需要离散型随机变量的知识.
假如某人射击10次,所得环数分别是7,7,7,7,8,8,8,9,9,10.
思考 此人射击所得的平均环数是多少?
提示:==8.
一般地,如果离散型随机变量X的分布列如下表所示.
X x1 x2 … xk … xn
P p1 p2 … pk … pn
则称E(X)=___________________________________________=
________为离散型随机变量X的______________________(简称为期望).离散型随机变量X的均值E(X)也可用EX表示,它刻画了X的平均取值.
[答案自填] x1p1+x2p2+…+xnpn xipi 均值或数学期望
INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\例1LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\例1LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET (对接教材例2)一个袋子装有大小形状完全相同的9个球,其中5个红球编号分别为1,2,3,4,5;4个白球编号分别为1,2,3,4,从袋中任意取出3个球.
(1)求取出的3个球编号都不相同的概率;
(2)记X为取出的3个球中编号的最小值,求X的分布列与均值.
【解】 (1)设A:取出的3个球编号都不相同,B:取出的3个球中恰有两个球编号相同,则P(B)= eq \f(CC,C) ==,所以P(A)=1-P(B)=.
(2)X的取值范围为{1,2,3,4}.
P(X=1)= eq \f(CC+CC,C) =,
P(X=2)= eq \f(CC+CC,C) =,
P(X=3)= eq \f(CC+CC,C) =,
P(X=4)= eq \f(1,C) =.
所以X的分布列为
X 1 2 3 4
P
X的均值E(X)=1×+2×+3×+4×==.
eq \a\vs4\al( INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET )
求随机变量X的均值的步骤
(1)理解随机变量X的意义,写出X的取值范围;
(2)求出X取每个值的概率P(X=k);
(3)写出X的分布列;
(4)利用均值的定义E(X)=x1p1+x2p2+…+xnpn求E(X).
[跟踪训练1] 某台机器生产某种产品,生产一件甲等品可获利50元,生产一件乙等品可获利30元,生产一件次品会亏损20元.已知这台机器生产甲等品、乙等品和次品的概率分别为0.6,0.3和0.1,则这台机器每生产一件产品,平均预期可获利( )
A.39元 B.37元
C.20元 D.元
解析:选B.设这台机器生产一件产品可获利ξ元,由题易知随机变量ξ的分布列为
ξ 50 30 -20
P 0.6 0.3 0.1
所以E(ξ)=50×0.6+30×0.3+(-20)×0.1=37.
(1)两点分布:若X服从参数为p的两点分布,则E(X)=________.
(2)二项分布:若X服从参数为n,p的二项分布,即X~B(n,p),则E(X)=________.
(3)超几何分布:若X服从参数为N,n,M的超几何分布,即X~H(N,n,M),则E(X)=________.
[答案自填] p np
INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\例2LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\例2LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET 一项试验有两套方案,每套方案试验成功的概率都是,试验不成功的概率都是,甲随机地从两套方案中选取一套进行这项试验,共试验了3次,每次试验相互独立,且要从两套方案中等可能地选择一套.
(1)求3次试验都选择了同一套方案且都试验成功的概率;
(2)记3次试验中,都选择了第一套方案且试验不成功的次数为X,求X的分布列和均值.
【解】 记事件Ai:一次试验中,选择第i套方案并试验成功,i=1,2,则P= eq \f(1,C) ×=.
(1)3次试验选择了同一套方案且都试验成功的概率P=P=3+3=.
(2)X的取值范围为{0,1,2,3},则X~B,
P=C,k=0,1,2,3,所以X的分布列为
X 0 1 2 3
P
E(X)=3×=1.
eq \a\vs4\al( INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET )
如果随机变量X服从二项分布,即X~B(n,p),则E(X)=np;如果随机变量X服从参数为N,n,M的超几何分布,则E(X)=,以上两公式可以作为常用结论,直接代入求解,可避免繁杂的计算过程.
[跟踪训练2] 某大学志愿者协会有6名男同学,4名女同学.在这10名同学中,3名同学来自数学学院,其余7名同学来自物理、化学等其他互不相同的七个学院.现从这10名同学中随机选取3名同学,到希望小学进行支教活动(每位同学被选到的可能性相同).
(1)求选出的3名同学来自互不相同学院的概率;
(2)设X为选出的3名同学中女同学的人数,求随机变量X的分布列及均值.
解:(1)设A:选出的3名同学来自互不相同学院,则P(A)= eq \f(CC+CC,C) =.所以选出的3名同学来自互不相同学院的概率为.
(2)由题意知,随机变量X服从超几何分布,其中N=10,n=3,M=4,且随机变量X的取值范围为{0,1,2,3},P(X=k)= eq \f(CC,C) ,k=0,1,2,3.所以X的分布列为
X 0 1 2 3
P
所以随机变量X的均值为E(X)=0×+1×+2×+3×=(或E(X)==).
若X与Y都是随机变量,且Y=aX+b(a≠0),则由X与Y之间分布列的关系可知E(Y)=______________________.
[答案自填] aE(X)+b
INCLUDEPICTURE "例3LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\例3LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\例3LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET 已知随机变量X的分布列为
X -2 -1 0 1 2
P m
(1)求E(X);
(2)若Y=2X-3,求E(Y).
【解】 (1)由随机变量分布列的性质,得+++m+=1,解得m=,E(X)=(-2)×+(-1)×+0×+1×+2×=-.
(2)方法一(性质法):由公式E(aX+b)=aE(X)+b,得E(Y)=E(2X-3)=2E(X)-3=2×(-)-3=-.
方法二(直接法):由于Y=2X-3,所以Y的分布列如下:
Y -7 -5 -3 -1 1
P
所以E(Y)=-7×+(-5)×+(-3)×+(-1)×+1×=-.
【变式探究】
1.(设问变式)本例条件不变,若ξ=aX+4,且E(ξ)=-13,求a的值.
解:E(ξ)=E(aX+4)=aE(X)+4=-a+4=-13,解得a=30.
2.(设问变式)本例条件不变,若ξ=5X+b,η=aY-2,且E(ξ)=E(η),试求a,b的关系.
解:E(ξ)=E(5X+b)=5E(X)+b=5×(-)+b=-+b,E(η)=E(aY-2)=aE(Y)-2=-a-2,因为E(ξ)=E(η),所以-+b=-a-2,即a+b=-2,即124a+30b=25.
eq \a\vs4\al( INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET )
利用离散型随机变量性质解决问题的思路
若给出的随机变量ξ与X之间的关系为ξ=aX+b,a,b为常数.一般思路是先求出E(X),再利用公式E(aX+b)=aE(X)+b求E(ξ).也可以利用X的分布列得到ξ的分布列,由X的取值计算ξ的取值,对应的概率相等,再由定义法求得E(ξ).
[跟踪训练3] (1)(2024·辽宁辽阳高二期末)设ξ的分布列如表所示,又设η=2ξ+5,则E(η)=( )
ξ 1 2 3 4
P
A. B.
C. D.
解析:选D.依题意可得E(ξ)=1×+2×+3×+4×=,所以E(η)=E(2ξ+5)=2E(ξ)+5=2×+5=.故选D.
(2)(2024·山东济南高二期末)已知随机变量X,Y满足Y=2X+3,Y的均值E(Y)=,X的分布列为
X -1 0 1
P a b
则a,b的值分别为( )
A.a=,b= B.a=,b=
C.a=,b= D.a=,b=
解析:选A.依题意得E(X)=-1×+0×a+1×b=b-,所以E(Y)=E(2X+3)=2E(X)+3=2×(b-)+3=,解得b=.又因为+a+b=1,所以a=.故选A.
INCLUDEPICTURE "课堂巩固自测LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\课堂巩固自测LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\课堂巩固自测LLL.TIF" \* MERGEFORMATINET
1.(教材P89练习BT2改编)已知随机变量X服从两点分布,其分布列如表所示,则E(X)=( )
X 0 1
P a
A. B.
C. D.
解析:选A.由题意知+a=1,所以a=,E(X)=0×+1×a=a=.
2.(教材P89T4改编)一个课外兴趣小组共有5名成员,其中3名女性成员,2名男性成员,现从中随机选取2名成员进行学习汇报,记选出女性成员的人数为X,则X的均值是( )
A. B.
C. D.
解析:选A.由题意得,选出女性成员的人数X服从参数为N=5,n=2,M=3的超几何分布,则E(X)==.
3.同学用身体语言把成语的意思传递给本组其他同学.若小组内同学甲猜对成语的概率是0.4,同学乙猜对成语的概率是0.5,且规定猜对得1分,猜不对得0分,则这两名同学各猜1次,得分之和X(单位:分)的均值为__________________________________________________.
解析:依题意得,得分之和X的取值范围是{0,1,2},且P(X=0)=(1-0.4)×(1-0.5)=0.3,P(X=1)=0.4×(1-0.5)+(1-0.4)×0.5=0.5,P(X=2)=0.4×0.5=0.2,所以得分之和X的分布列为
X 0 1 2
P 0.3 0.5 0.2
所以E(X)=0×0.3+1×0.5+2×0.2=0.9.
答案:0.9
4.盒子中装有5节同品牌的五号电池,其中混有2节废电池,现在无放回地每次取一节电池检验,直到取到好电池为止.
求:(1)抽取次数X的分布列;
(2)平均抽取多少次可取到好电池.
解:(1)由题意知,X的取值范围为{1,2,3}.P(X=1)=,P(X=2)=×=,P(X=3)=××=.
所以X的分布列为
X 1 2 3
P
(2)E(X)=1×+2×+3×=1.5,即平均抽取1.5次可取到好电池.
eq \a\vs4\al( INCLUDEPICTURE "课堂小结.TIF" INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\课堂小结.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\课堂小结.TIF" \* MERGEFORMATINET )
1.已学习:(1)离散型随机变量的均值;(2)两点分布、二项分布及超几何分布的均值;(3)均值的性质.
2.须贯通:(1)求离散型随机变量的均值的方法;(2)求两点分布、二项分布及超几何分布的均值的方法.
3.应注意:均值是概率意义下的平均值,不同于相应数值的平均数.