3.3.1和3.3.2 几何概型及均匀随机数的产生 教案

3.3.1和3.3.2
几何概型及均匀随机数的产生
教案
一、教学目标：
知识与技能：(1)正确理解几何概型的概念；
(2)掌握几何概型的概率公式：
P(A)=；
(3)会根据古典概型与几何概型的区别与联系来判别某种概型是古典概型还是几何概型；
(4)了解均匀随机数的概念；
(5)掌握利用计算器(计算机)产生均匀随机数的方法；
(6)会利用均匀随机数解决具体的有关概率的问题．
过程与方法：(1)发现法教学，通过师生共同探究，体会数学知识的形成，学会应用数学知识来解决问题，体会数学知识与现实世界的联系，培养逻辑推理能力；(2)通过模拟试验，感知应用数字解决问题的方法，自觉养成动手、动脑的良好习惯.
情感态度与价值观：本节课的主要特点是随机试验多，学习时养成勤学严谨的学习习惯.
二、重点与难点：
1、几何概型的概念、公式及应用；
2、利用计算器或计算机产生均匀随机数并运用到概率的实际应用中．
三、学法与教学用具：
1、通过对本节知识的探究与学习，感知用图形解决概率问题的方法，掌握数学思想与逻辑推理的数学方法；2、教学用具：投灯片，计算机及多媒体教学．
四、教学设想：
1、创设情境：在概率论发展的早期，人们就已经注意到只考虑那种仅有有限个等可能结果的随机试验是不够的，还必须考虑有无限多个试验结果的情况.例如一个人到单位的时间可能是8：00至9：00之间的任何一个时刻；往一个方格中投一个石子，石子可能落在方格中的任何一点……这些试验可能出现的结果都是无限多个.
2、基本概念：(1)几何概率模型：如果每个事件发生的概率只与构成该事件区域的长度(面积或体积)成比例，则称这样的概率模型为几何概率模型；
(2)几何概型的概率公式：
P(A)=；
(3)几何概型的特点：1)试验中所有可能出现的结果(基本事件)有无限多个；2)每个基本事件出现的可能性相等．
例题分析：
课本例题略
例1
判下列试验中事件A发生的概度是古典概型，
还是几何概型.
(1)抛掷两颗骰子，求出现两个“4点”的概率；
(2)如课本P132图3．3-1中的(2)所示，图中有一个转盘，甲乙两人玩转盘游戏，规定当指针指向B区域时，甲获胜，否则乙获胜，求甲获胜的概率.
分析：本题考查的几何概型与古典概型的特点，古典概型具有有限性和等可能性.而几何概型则是在试验中出现无限多个结果，且与事件的区域长度有关.
解：(1)抛掷两颗骰子，出现的可能结果有6×6=36种，且它们都是等可能的，因此属于古典概型；
(2)游戏中指针指向B区域时有无限多个结果，而且不难发现“指针落在阴影部分”，概率可以用阴影部分的面积与总面积的比来衡量，即与区域长度有关，因此属于几何概型．
例2
某人欲从某车站乘车出差，已知该站发往各站的客车均每小时一班，求此人等车时间不多于10分钟的概率．
分析：假设他在0～60分钟之间任何一个时刻到车站等车是等可能的，但在0到60分钟之间有无穷多个时刻，不能用古典概型公式计算随机事件发生的概率.可以通过几何概型的求概率公式得到事件发生的概率.因为客车每小时一班，他在0到60分钟之间任何一个时刻到站等车是等可能的，所以他在哪个时间段到站等车的概率只与该时间段的长度有关，而与该时间段的位置无关，这符合几何概型的条件.
解:设A={等待的时间不多于10分钟}，我们所关心的事件A恰好是到站等车的时刻位于[50，60]这一时间段内，因此由几何概型的概率公式，得P(A)=
=，即此人等车时间不多于10分钟的概率为．
小结：在本例中，到站等车的时刻X是随机的，可以是0到60之间的任何一刻，并且是等可能的，我们称X服从[0，60]上的均匀分布，X为[0，60]上的均匀随机数．
练习：1．已知地铁列车每10min一班，在车站停1min，求乘客到达站台立即乘上车的概率.
2．两根相距6m的木杆上系一根绳子，并在绳子上挂一盏灯，求灯与两端距离都大于2m的概率．
解：1．由几何概型知，所求事件A的概率为P(A)=
；
2．记“灯与两端距离都大于2m”为事件A，则P(A)=
=．
例3
在1万平方千米的海域中有40平方千米的大陆架储藏着石油，假设在海域中任意一点钻探，钻到油层面的概率是多少？
分析：石油在1万平方千米的海域大陆架的分布可以看作是随机的而40平方千米可看作构成事件的区域面积，有几何概型公式可以求得概率.
解：记“钻到油层面”为事件A，则P(A)=
==0.004．
答：钻到油层面的概率是0.004．
例4
在1升高产小麦种子中混入了一种带麦诱病的种子，从中随机取出10毫升，则取出的种子中含有麦诱病的种子的概率是多少？
分析：病种子在这1升中的分布可以看作是随机的，取得的10毫克种子可视作构成事件的区域，1升种子可视作试验的所有结果构成的区域，可用“体积比”公式计算其概率.
解：取出10毫升种子，其中“含有病种子”这一事件记为A，则
P(A)=
==0.01．
答：取出的种子中含有麦诱病的种子的概率是0.01．
例5
取一根长度为3m的绳子，拉直后在任意位置剪断，那么剪得两段的长都不小于1m的概率有多大？
分析：在任意位置剪断绳子，则剪断位置到一端点的距离取遍[0，3]内的任意数，并且每一个实数被取到都是等可能的.因此在任意位置剪断绳子的所有结果(基本事件)对应[0，3]上的均匀随机数，其中取得的[1，2]内的随机数就表示剪断位置与端点距离在[1，2]内，也就是剪得两段长都不小于1m.这样取得的[1，2]内的随机数个数与[0，3]内个数之比就是事件A发生的概率.
解法1：(1)利用计算器或计算机产生一组0到1区间的均匀随机数a1=RAND．
(2)经过伸缩变换，a=a1
3．
(3)统计出[1，2]内随机数的个数N1和[0，3]
内随机数的个数N．
(4)计算频率fn(A)=即为概率P(A)的近似值．
解法2：做一个带有指针的圆盘，把圆周三等分，标上刻度[0，3](这里3和0重合)．转动圆盘记下指针在[1，2](表示剪断绳子位置在[1，2]范围内)的次数N1及试验总次数N，则fn(A)=即为概率P(A)的近似值．
小结：用随机数模拟的关键是把实际问题中事件A及基本事件总体对应的区域转化为随机数的范围.解法2用转盘产生随机数，这种方法可以亲自动手操作，但费时费力，试验次数不可能很大；解法1用计算机产生随机数，可以产生大量的随机数，又可以自动统计试验的结果，同时可以在短时间内多次重复试验，可以对试验结果的随机性和规律性有更深刻的认识．
例6
在长为12cm的线段AB上任取一点M，并以线段AM为边作正方形，求这个正方形的面积介于36cm2 与81cm2之间的概率．
分析：正方形的面积只与边长有关，此题可以转化为在12cm长的线段AB上任取一点M，求使得AM的长度介于6cm与9cm之间的概率．
解：(1)用计算机产生一组[0，1]内均匀随机数a1=RAND．
(2)经过伸缩变换，a=a1
12得到[0，12]内的均匀随机数．
(3)统计试验总次数N和[6，9]内随机数个数N1
(4)计算频率．
记事件A={面积介于36cm2 与81cm2之间}={长度介于6cm与9cm之间}，则P(A)的近似值为fn(A)=．
4、课堂小结：1、几何概型是区别于古典概型的又一概率模型，使用几何概型的概率计算公式时，一定要注意其适用条件：每个事件发生的概率只与构成该事件区域的长度成比例；
2、均匀随机数在日常生活中，有着广泛的应用，我们可以利用计算器或计算机来产生均匀随机数，从而来模拟随机试验，其具体方法是：建立一个概率模型，它与某些我们感兴趣的量(如概率值、常数
)有关，然后设计适当的试验，并通过这个试验的结果来确定这些量．
5、自我评价与课堂练习：
1．在500ml的水中有一个草履虫，现从中随机取出2ml水样放到显微镜下观察，则发现草履虫的概率是(
)
A．0.5
B．0.4
C．0.004
D．不能确定
2．平面上画了一些彼此相距2a的平行线，把一枚半径r3．某班有45个，现要选出1人去检查其他班的卫生，若每个人被选到的机会均等，则恰好选中学生甲主机会有多大？
4．如图3-18所示，曲线y=-x2+1与x轴、y轴围成一个区域A，直线x=1、直线y=1、x轴围成一个正方形，向正方形中随机地撒一把芝麻，利用计算机来模拟这个试验，并统计出落在区域A内的芝麻数与落在正方形中的芝麻数.
6、评价标准：
1．C(提示：由于取水样的随机性，所求事件A：“在取出2ml的水样中有草履虫”的概率等于水样的体积与总体积之比=0.004)
2．解：把“硬币不与任一条平行线相碰”的事件记为事件A，为了确定硬币的位置，由硬币中心O向靠得最近的平行线引垂线OM，垂足为M，如图所示，这样线段OM长度(记作OM)的取值范围就是[o，a]，只有当r＜OM≤a时硬币不与平行线相碰，所以所求事件A的概率就是P(A)==
3．提示：本题应用计算器产生随机数进行模拟试验，请按照下面的步骤独立完成.
(1)用1~45的45个数来替代45个人；
(2)用计算器产生1~45之间的随机数，并记录；
(3)整理数据并填入下表21世纪教育网
试
验次
数
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
650
700
750
800
850
900
1000
1050
1出现的频数
1出现的频率
[
(4)利用稳定后1出现的频率估计恰好选中学生甲的机会.
4．解：如下表，由计算机产生两例0~1之间的随机数，它们分别表示随机点(x，y)的坐标.如果一个点(x，y)满足y≤-x2+1，就表示这个点落在区域A内，在下表中最后一列相应地就填上1，否则填0.
x
y
计数
0.598895
0.940794
0
0.512284
0.118961
1
0.496841
0.784417
0
0.112796
0.690634
1
0.359600
0.371441
1
0.101260
0.650512
1
…
…
…
0.947386
0.902127
0
0.117618
0.305673
1
0.516465
0.222907
1
0.596393
0.969695
0
7、作业：根据情况安排
2a
r
o
M