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第七章 随机变量及其分布列
7.4.1
二项分布
·选择性必修第三册·
学习目标
1.理解n重伯努利试验的概念.
2.掌握二项分布.(重点)
3.能利用n重伯努利试验及二项分布解决一些简单的实际问题.(难点)
情景导入
7.4.1 二项分布
01
创设背景 引入新知
孔子是我国古代著名的教育家、思想家,留下了许多至理名言,其中“三人行,必有我师焉”是我们大家都熟知的一句话.孔子的学问很高,但他也很谦虚,自称与任意两人(加上自己共三人)同行,则他们中间一定有人可以做自己的老师.这是孔子自谦的一句话,那么实际情况怎么样呢?
我们不妨从概率的角度来看一下.
二项分布
02
7.4.1 二项分布
探究新知
前面我们学习了离散型随机变量的有关知识,本节将利用这些知识研究两类重要的概率模型------二项分布与超几何分布.
探究新知
问题
总结以下几个随机试验有什么共同特征?
掷一枚硬币结果为正面向上或反面向上;
检验一件产品结果为合格或不合格;
飞碟运动员射击时中靶或脱靶;
医学检验结果为阳性或阴性;
……
共同特征:都只包含两个可能结果
定义
我们把只包含两个可能结果的试验叫做伯努利试验.
探究新知
问题
总结以下几个随机试验有什么共同特征?
掷一颗质地均匀的硬币10次;
某飞碟运动员每次射击中靶的概率为0.8,连续射击3次;
一批产品的次品率为5%,有放回地随机抽取20件;
……
共同特征:将一个伯努利试验重复做多遍
定义
我们将一个伯努利试验独立地重复进行n次所组成的随机试验称为n重伯努利试验.
探究新知
思考:
n重伯努利试验定义中的“重复”是什么意思?共同特征是什么?
在一次伯努利试验中,我们关注某个事件A是否发生,
辨析
在n重伯努利试验中,我们关注事件A发生的次数X.
“重复”意味着每一次伯努利试验成功的概率相同
n重伯努利试验具有如下共同特征:
(1)同一个伯努利试验重复做n次;
(2)各次试验的结果相互独立.
探究新知
思考
下面3个随机试验是否为????重伯努利试验?如果是,那么其中的伯努利试验是什么?对于每个试验,定义“成功”的事件为????,那么A的概率是多大?重复试验的次数是多少?
(1)抛掷一枚质地均匀的硬币10次.
(2)某飞碟运动员每次射击中靶的概率为0.8,连续射击3次.
(3)一批产品的次品率为5%,有放回地随机抽取20件.
?
随机试验
是否为n重伯努利试验
P(A)
重复试验的次数
(1)
是
0.5
10
(2)
是
0.8
3
(3)
是
0.05
20
探究新知
探究
某飞碟运动员每次射击中靶的概率为0.8.连续3次射击,中靶次数X的概率分布列是怎样的?
探究新知
由分步乘法计数原理,3次独立重复试验共有23=8种可能结果,它们两两互斥,每个结果都是3个相互独立事件的积.由概率的加法公式和乘法公式得:
?
????(????=????)=????(??????????????????????????)=????.????????,
????(????=????)=????(??????????????????????????)+????(?????????????????????????)+????(??????????????????????????)=????×????.????×????.????????,
????(????=????)=????(??????????????????????????)+????(??????????????????????????)+????(??????????????????????????)=????×????.????????×????.????,
????(????=????)=????(??????????????????????????)=????.????????.
?
思考:
每次射击用1表示中靶,用0表示脱靶,那么3次射击恰好2次中靶得所有可能结果可以如何表示?
011,110,101
探究新知
追问1
以上三个结果发生的概率分别是多少?
结合排列组合知识,3次射击恰好2次中靶的概率可以如何表示?
追问2
类似地,3次射击恰好0次、1次、3次中靶的概率分别是多少?
追问3
中靶次数X 的分布列可以如何表示?
追问4
均为????.????????×????.????,每个结果的概率与哪两次中靶无关.
?
????????????×????.????????×????.????
?
????????????×????.????????×????.????????、????????????×????.????????×????.????????、????????????×????.????????×????.????????
?
????(????=????)=????????????×????.????????×????.?????????????,????=????,????,????,????.
?
探究新知
思考
如果连续射击4次,类比上面的分析,表示中靶次数X 等于2的结果有哪些?写出中靶次数X的分布列.
4次射击恰好2次中靶的所有可能结果可表示为0011,0110,0101,1001,1010,1100.
中靶次数X的取值为0,1,2,3,4
????(????=????)=????????????×????.????????×????.????????=????.????????
????(????=????)=????????????×????.????????×????.????????=????×????.????×????.????????
????(????=????)=????????????×????.????????×????.????????=????×????.????????×????.????????
????(????=????)=????????????×????.????????×????.????????=????×????.????????×????.????????
????(????=????)=????????????×????.????????×????.????????=????.????????
?
中靶次数????的分布列为
????(????=????)=????????????×????.????????×????.?????????????,????=????,????,????,????,4.
?
探究新知
定义
思考:
对比二项分布与二项式定理,你能看出它们之间的联系吗?
探究新知
随机变量X服从二项分布的三个前提条件
(1) 每次试验都是在同一条件下进行的;
(2) 每一次试验都彼此相互独立;
(3) 每次试验出现的结果只有两个,即某事件要么发生,要么不发生.
只有这三个条件均满足时才能说明随机变量X服从二项分布,其事件A在n次独立重复试验中恰好发生k次的概率可用下面公式计算.
应用新知
例1:
分析
抛掷一枚质地均匀的硬币,出现“正面朝上”和“反面朝上”两种结果且可能性相等,这是一个10重伯努利试验.因此,正面朝上的次数服从二项分布.
应用新知
解析
应用新知
例2:
如图是一块高尔顿板的示意图.在一块木板上钉着若干排相互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,小球下落的过程中,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0,1,2,…,10,用????表示小球最后落入格子的号码,求????的分布列.
?
分析
小球落入哪个格子取决于在下落过程中与各小木钉碰撞的结果.设试验为观察小球碰到小木钉后下落的方向,有“向左下落”和“向右下落”两种可能结果,且概率都是0.5.在下落的过程中,小球共碰撞小木钉10次,且每次碰撞后下落方向不受上一次下落方向的影响,因此这是一个10重伯努利试验.小球最后落入格子的号码等于向右落下的次数,因此X服从二项分布.
应用新知
解析
设????=“向右下落”,则????=“向左下落”,
且????(????)=????(????)=0.5.
因为小球最后落入格子的号码????
等于事件????发生的次数,
而小球在下落的过程中共碰撞小木钉10次,
所以????~????(10,0.5).
于是,????的分布列为:
????(????=????)=????10????×0.510,????=0,1,2,?,10.
????的概率分布图如图所示.
?
应用新知
例3:
甲、乙两名选手进行象棋比赛,如果每局比赛甲获胜的概率为0.6,乙获胜的概率为0.4,那么采用3局2胜制还是5局3胜制对甲更有利?
解法1
采用3局2胜制,甲最终获胜有两种可能的比分2:0或2:1,前者是前两局甲连胜,后者是前两局甲,乙各胜一局且第3局甲胜.因为每局比赛的结果是独立的,甲最终获胜的概率为????????=????.
应用新知
例3:
甲、乙两名选手进行象棋比赛,如果每局比赛甲获胜的概率为0.6,乙获胜的概率为0.4,那么采用3局2胜制还是5局3胜制对甲更有利?
解法2
采用3局2胜制,不妨设赛满3局,用????表示3局比赛中甲胜的局数,则????~????(3,0.6).甲最终获胜的概率为
????????=????(????
应用新知
思考:
为什么假定赛满3局或5局,不影响甲最终获胜的概率?
从比分上看: 3局2胜的比分应为2:0或2:1,
对“2:0”:若设赛满3局,则第3局甲无论胜、负总体都是甲胜,故这个“2:0”可分为“3:0”与“2:1”两种情况;
对“2:1”本身就赛满3局,故????1=P(X=2)+P(X=3).
从甲获胜对应的概率值上看:
2:0对应概率 0.62?=(0.6+0.4)×0.62 ,2:1对应概率????21×0.62×0.4.
所以????1=?0.63+3×0.62×0.4?=????33×0.63+????31×0.62×0.4=P(X=2)+P(X=3).
同理可得,对5局3胜可定赛满5局与此类似.
?
应用新知
归纳
确定一个二项分布模型的步骤
(1)明确伯努利试验及事件A的意义,确定事件A发生的概率p;
(2)确定重复试验的次数n,并判断各次试验的独立性;
(3)设X为n次独立重复试验中事件A发生的次数,则X~B(n, p).
应用新知
跟踪练习
解析
(1)该射手射击了5次,其中只在第一、三、五次击中目标,是在确定的情况下击中目标3次,也就是在第二、四次没有击中目标,所以只有一种情况,又因为各次射击的结果互不影响,故所求概率为
应用新知
跟踪练习
解析
(2)该射手射击了5次,其中恰有3次击中目标,符合n重伯努利试验概率模型.故所求概率为
应用新知
跟踪练习
解析
二项分布的均值和方差
03
7.4.1 二项分布
探究新知
探究
假设随机变量X服从二项分布B(n, p),那么X的均值和方差各是什么?
我们知道,抛掷一枚质地均匀的硬币,“正面朝上”的概率为0.5,如果掷100次硬币,期望有100×0.5=50次正面朝上. 根据均值的含义,对于服从二项分布的随机变量X, 我们猜想E(X)=np. 我们不妨从简单开始, 先考察n较小的情况.
(1)当n=1时,X分布列为 P(X=0)=1-p,P(X=1)=p,则有
E(X)=p,D(X)=p(1-p).
由此猜想:若X~B(n,p),则E(X)=np,D(X)=np(1?p).
(2)当n=2时,X分布列为 P(X=0)=(1-p)2, P(X=1)=2p(1-p), P(X=2)=p2.
E(X)=0×(1-p)2+1×2p(1-p)+2p2 =2p.
D(X)= 02×(1-p)2+12×2p(1-p)+22×p2-(2p)2=2p(1-p).
探究新知
下面我们对均值进行证明.
结论
能力提升
04
7.4.1 二项分布
能力提升
题型一
求二项分布的分布列
例题1
能力提升
题型一
求二项分布的分布列
解析
能力提升
题型一
求二项分布的分布列
解析
能力提升
题型二
服从二项分布随机变量概率最大值问题
例题2
解析
能力提升
题型二
服从二项分布随机变量概率最大值问题
例题2
解析
7
能力提升
题型二
服从二项分布随机变量概率最大值问题
例题2
7
总结
建立不等式组:????????=????≥????????=?????????????????=????≥????????=????+????
解不等式组,即可得到????的取值范围,
然后根据????∈?????,得出????的值.
?
能力提升
题型三
二项分布的均值与方差问题
例题3
解析
D
能力提升
题型三
二项分布的均值与方差问题
例题3
D
解析
总结
根据二项分布的均值和方差公式,建立方程(组),解方程(组)即可得解
能力提升
题型四
建立二项分布模型解决实际问题
例题4
能力提升
题型四
建立二项分布模型解决实际问题
解析
能力提升
题型四
建立二项分布模型解决实际问题
解析
能力提升
总结
正确认识二项分布及其在解题中的应用
(1)在解决有关均值和方差问题时,要认真审题,如果题目中的离散型随机变量符合二项分布,就应直接利用二项分布求均值和方差,以简化问题的解答过程.
(2)对于二项分布的均值与方差公式E(X)=np和D(X)=np(1-p)要熟练掌握.
课堂小结+限时小练
05
7.4.1 二项分布
课堂小结
二项分布
随堂限时小练
解
A
随堂限时小练
解
3.6
18
随堂限时小练
解
随堂限时小练
解
随堂限时小练
随堂限时小练
解
作业布置与课后练习答案
06
7.4.1 二项分布
作业布置
巩固作业
作业1:完成教材:第76~77页练习 第1,2,3题.
作业2:配套辅导资料对应的《二项分布》.?
课后作业答案(练习第76页)
1.将一枚质地均匀的硬币连续抛掷4次,X表示“正面朝上”出现的次数.
(1)求X的分布列;
解:
所以X的分布列为:
课后作业答案(练习第76页)
1.将一枚质地均匀的硬币连续抛掷4次,X表示“正面朝上”出现的次数.
(1)求X的分布列;
解:
2
1
课后作业答案(练习第76页)
2.鸡接种一种疫苗后,有80%不会感染某种病毒.如果5只鸡接种了疫苗,求:
(1)没有鸡感染病毒的概率;
(2)恰好有1只鸡感染病毒的概率.
解:
课后作业答案(练习第76页)
3.判断下列表述正确与否,并说明理由:
(1)12道四选一的单选题,随机猜结果,猜对答案的题目数
X~B(10, 0.25);
(2)100件产品中包含10件次品,不放回地随机抽取6件,其中的次品数Y~B(6, 0.1).
解:
(1) 该表述正确,理由如下:12道四选一的单选题,随机猜结果,则每一道题猜对答案的概率均为0.25,则相当于进行12次独立重复试验,故猜对答案的题目数X~B(10, 0.25) .
(2)该表述错误,理由如下:因为是不放回的随机抽取,所以上一次抽取的结果对本次抽取有影响,故不能看成独立重复试验,故次品数Y不符合二项分布.
课后作业答案(练习第76页)
4.举出两个服从二项分布的随机变量的例子.
解:
例1:某同学投篮命中率为0.7,他在10次投篮中命中的次数X是一个随机变量,服从二项分布, X~B(10, 0.7) ;
例2:抛硬币,正面向上的概率为0.5,则抛20次,证明向上的次数X是一个随机变量,服从二项分布, Y~B(20, 0.5) .
THANKS
感谢您的聆听