4.2.5 正态分布
第1课时 二项分布与正态曲线
1.利用服从二项分布的随机变量的分布列的直观图,了解正态曲线的意义. 2.能借助正态曲线理解正态曲线的性质,明确正态曲线中参数μ,σ的意义及其对正态曲线形状的影响.
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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
如图,是一块高尔顿板示意图.在一块木板上钉上若干排相互平行但相互错开的圆柱形小木块,小木块之间留有适当的空隙作为通道,前面挡有一块玻璃.让一个小球从高尔顿板上方的通道口落下,小球在下落过程中与层层小木块碰撞,最后掉入高尔顿板下方的某一球槽内.
INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\25HB-5.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\25HB-5.TIF" \* MERGEFORMATINET
为了更好地考察随着试验次数的增加,落在各个球槽内的小球分布情况,我们进一步从频率的角度探究一下小球的分布规律,以球槽的编号为横坐标,以小球落入各个球槽内的频率值为纵坐标,得到如图统计图:
INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\25HB-6.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\25HB-6.tif" \* MERGEFORMATINET
思考 随着试验次数的增加,这个统计图会呈现出什么形状?
提示:随着重复次数的增加,题图的形状会越来越像一条钟形曲线,如图所示.
INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\25HB-7.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\25HB-7.tif" \* MERGEFORMATINET
(1)二项分布的分布列的直观图的特点:当n充分大时,X~B(n,p)的直观表示总是具有中间高、两边低的“钟形”.
(2)正态曲线的解析式:φ(x)=e-,φ(x)的解析式中含有μ和σ两个参数,其中:μ=________,即X的均值;σ=________,即X的标准差.
(3)正态曲线的形状:一般地,φ(x)对应的图象称为正态曲线(也因形状而被称为“________________”,φ(x)也常常记为φμ,σ(x)).
[答案自填] E(X) 钟形曲线
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 (1)下列函数中,可以作为正态曲线的是( )
A.f(x)=e-
B.f(x)=e
C.f(x)=e-
D.f(x)=e-
(2)若随机变量X的正态曲线对应函数为φμ,σ(x)=e,则D=________________________________________________________________________.
【解析】 (1)显然f(x)=e-可以作为正态曲线.故选A.
(2)因为D(X)=4,所以D=D(X)=1.
【答案】 (1)A (2)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 )
熟记正态曲线解析式的形式,理解解析式中μ,σ的意义,μ=E(X),σ2=D(X).
[跟踪训练1] 设正态曲线的解析式为f(x)=e-,则( )
A.μ=2,σ=3 B.μ=3,σ=2
C.μ=2,σ= D.μ=3,σ=
解析:选C.由f(x)=e-,得μ=2,σ=.故选C.
(1)正态曲线关于________对称(即μ决定正态曲线对称轴的位置),具有____________、两边低的特点;
(2)正态曲线与x轴所围成的图形面积为____;
(3)σ决定正态曲线的“胖瘦”:σ越大,说明标准差越大,数据的集中程度________,所以曲线越“________”;σ越小,说明标准差越小,数据的集中程度________,所以曲线越“________”.
[答案自填] x=μ 中间高 1 越弱
胖 越强 瘦
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 (2024·辽宁朝阳期末)已知三个正态曲线对应的函数fi(x)=·e- eq \f((x-μi)2,2σ) (x∈R,i=1,2,3)的图象如图所示,则下列结论正确的是( )
INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\25HB-8.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\25HB-8.TIF" \* MERGEFORMATINET
A.μ1=μ2>μ3,σ1=σ2>σ3
B.μ1<μ2=μ3,σ1=σ2<σ3
C.μ1<μ2=μ3,σ1=σ2>σ3
D.μ1=μ2>μ3,σ1=σ2<σ3
【解析】 根据正态曲线对应的函数中参数μ,σ的意义,结合题图可知f2(x),f3(x)对称轴位置相同,所以可得μ2=μ3,且都在f1(x)的右侧,即μ1<μ2=μ3,比较f1(x)和f2(x)图象可得,其形状相同,即σ1=σ2,又f3(x)的离散程度比f1(x)和f2(x)大,所以可得σ1=σ2<σ3.故选B.
【答案】 B
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 )
(1)当σ一定时,曲线的位置由μ确定,曲线随着μ的变化而沿x轴平移.
(2)当μ一定时,曲线的形状由σ确定,σ越小,曲线越“瘦”,表示总体的分布越集中;σ越大,曲线越“胖”,表示总体的分布越分散.
[跟踪训练2] 已知甲、乙两类水果的质量(单位:kg)的均值和方差分别为μ1,σ,μ2,σ,正态曲线如图所示,则下列说法错误的是( )
INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\25HB-9.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\25HB-9.TIF" \* MERGEFORMATINET
A.甲类水果的平均质量μ1=0.4 kg
B.甲类水果的质量比乙类水果的质量更集中于平均质量
C.甲类水果的平均质量比乙类水果的平均质量小
D.乙类水果质量的方差σ2=1.99
解析:选D.由题图可知甲曲线关于直线x=0.4对称,乙曲线关于直线x=0.8对称,所以μ1=0.4,μ2=0.8,故A,C正确;因为甲曲线比乙曲线更“瘦”,所以甲类水果的质量比乙类水果的质量更集中于平均质量,故B正确;因为乙曲线的峰值为1.99,令x=μ得,=1.99,所以σ2≠1.99,故D错误.
正态曲线与x轴在某个区间内所围的面积:
(1)在区间[μ,μ+σ]内所围面积约为________,
(2)在区间[μ+σ,μ+2σ]内所围面积约为________,
(3)在区间[μ+2σ,μ+3σ]内所围面积约为________.
如图.
INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\25HB-10.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\25HB-10.tif" \* MERGEFORMATINET
[答案自填] 0.341 3 0.135 9 0.021 5
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 (对接教材例1)
INCLUDEPICTURE "H:\\临时文件\\1.2024年\\6\\3 数学\\25HB-11.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator.SKY-20220223KGS\\Desktop\\25HB-11.TIF" \* MERGEFORMATINET
在一次测试中,测量结果X的正态曲线如图所示,若正态曲线与x轴在区间[0,2]内所围面积为0.2.求正态曲线与x轴在下列区间内所围面积.
(1)[0,4];
(2)(4,+∞).
【解】 (1)由题意可知,正态曲线关于直线x=2对称,故正态曲线与x轴在区间[0,4]内所围面积是在区间[0,2]内所围面积的2倍,即2×0.2=0.4.
(2)正态曲线与x轴在区间[2,4]内所围面积与在区间[0,2]内所围面积相等,均为0.2,且正态曲线与x轴在区间[2,4]内所围面积与在区间(4,+∞)内所围面积的和为0.5,故在区间(4,+∞)内所围面积为0.5-0.2=0.3.
【变式探究】
(设问变式)在题设条件不变的情况下,分别计算区间(-∞,0) 及(-∞,4)内所围面积.
解:区间(4,+∞)与区间(-∞,0)关于直线x=2对称,故正态曲线与x轴在区间(-∞,0)内所围面积为0.3.正态曲线与x轴在区间(-∞,4)内所围面积与在区间(4,+∞)内所围面积的和为1,故正态曲线与x轴在区间(-∞,4)内所围面积为1-0.3=0.7.
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 )
熟记正态曲线关于直线x=μ对称,即正态曲线与x轴所围面积在关于x=μ对称的区间上相等.
[跟踪训练3] (2024·山东济南月考)已知随机变量X的正态曲线的解析式为φ(x)=·e-,若正态曲线与x轴在区间(-∞,m]内所围面积为0.3,则正态曲线与x轴在区间(-∞,6-m)内所围面积为________.
解析:区间(-∞,6-m)与区间(m,+∞)关于直线x=3对称,故正态曲线与x轴在区间(-∞,6-m)与在区间(m,+∞)内所围面积相等,正态曲线在区间(m,+∞)内与x轴所围面积为1-0.3=0.7,所以所求面积为0.7.
答案:0.7
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.关于正态曲线函数φ(x)=e-,下列说法错误的是( )
A.曲线关于直线x=μ对称,峰值为
B.曲线都在x轴的上方,左右两侧与x轴无限接近,最终可与x轴相交
C.σ越大,曲线越“矮胖”
D.对任意σ>0,曲线与x轴围成的面积总为1
解析:选B.A,C,D说法正确.对于B,正态曲线位于x轴的上方,左右两侧与x轴无限接近,但与x轴不相交,B说法错误.
2.已知正态曲线f(x)=e-,x∈R,则μ,σ分别是( )
A.0和4 B.0和2
C.0和8 D.0和
解析:选B.f(x)=e-=·e-,故μ=0,σ=2.故选B.
3.(教材P97练习BT1改编)若随机变量X的正态曲线关于直线x=2对称,若正态曲线与x轴在区间(-∞,k)内所围面积与在区间(k,+∞)内所围面积是相等的,则k=________.
解析:由于正态曲线与x轴在区间(-∞,k)内所围面积与在区间(k,+∞)内所围面积是相等的,所以正态曲线关于直线x=k对称,所以k=2.
答案:2
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)二项分布与正态曲线;
(2)正态曲线及其性质;
(3)正态曲线与x轴所围的面积.
2.须贯通:正态曲线及其性质判断需借助数形结合思想.
3.应注意:概率区间转化不等价.