人教A版(2019)高中数学 选择性必修第三册 7.4.1 二项分布课件+学案含练习

文档属性

名称 人教A版(2019)高中数学 选择性必修第三册 7.4.1 二项分布课件+学案含练习
格式 zip
文件大小 3.1MB
资源类型 教案
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2020-12-18 10:40:31

文档简介

7.4 二项分布与超几何分布
7.4.1 二项分布
课标要求
素养要求
1.通过具体实例了解伯努利试验,掌握二项分布及其数字特征.2.能用二项分布解决简单的实际问题.
通过学习二项分布的概念及研究其数字特征,提升数学抽象及数据分析素养.
新知探究
“三个臭皮匠顶个诸葛亮”是在中国民间流传很广的一句谚语,这句谚语是非常有道理的,下面我们从概率的角度来探讨一下这个问题:
假如刘备手下有诸葛亮和9名谋士组成的智囊团,假定对某事进行决策时,每名谋士决策正确的概率为0.7,诸葛亮决策正确的概率为0.85,现在要为某事能否可行征求每位谋士的意见,并按照多数人的意见作出决策,试比较诸葛亮和智囊团决策正确概率的大小.
问题 上述情境中的问题,假如让你猜想的话,你能得到正确的答案吗?
提示 智囊团决策正确的概率要大于诸葛亮决策正确的概率,具体怎么计算的通过学习本节课的内容即可解决.
1.n重伯努利试验的概念
只包含两个可能结果的试验叫做伯努利试验,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.
2.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.
3.二项分布
一般地,在n重伯努利试验中,设每次试验中事件A发生的概率为p(0P(X=k)=Cpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n.
如果随机变量X的分布列具有上式的形式,则称随机变量X服从二项分布,记作X~B(n,p).
4.一般地,可以证明:如果X~B(n,p),那么E(X)=np,D(X)=np(1-p).
拓展深化
[微判断]
1.在n重伯努利试验中,各次试验的结果相互没有影响.(√)
2.在n重伯努利试验中,各次试验中某事件发生的概率可以不同.(×)
提示 在n重伯努利试验中,各次试验中某事件发生的概率均相同.
3.如果在1次试验中某事件发生的概率是p,那么在n次独立重复试验中这个事件恰好发生k次的概率P(X=k)=Cpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n.(√)
[微训练]
1.已知X~B,则P(X=4)=__________.
解析 P(X=4)=C=.
答案 
2.连续掷一枚硬币5次,
恰好有3次出现正面向上的概率是__________.
解析 设出现正面向上的次数为X,则X~B,故P(X=3)=C=.
答案 
3.某人射击一次击中目标的概率为0.6,
经过3次射击,
此人至少有两次击中目标的概率为__________.
解析 设击中目标的次数为X,则X~B(3,0.6).
故P(X≥2)=P(X=2)+P(X=3)=C0.62(1-0.6)+C0.63=0.648.
答案 0.648
[微思考]
1.你能说明两点分布与二项分布之间的关系吗?
提示 两点分布是特殊的二项分布,即X~B(n,p)中,当n=1时,二项分布便是两点分布,也就是说二项分布是两点分布的一般形式.
2.在n次独立重复试验中,各次试验的结果相互有影响吗?
提示 在n次独立重复试验中,各次试验的结果相互之间无影响.因为每次试验是在相同条件下独立进行的,所以第i+1次试验的结果不受前i次结果的影响(其中i=1,2,…,n-1).
题型一 n重伯努利试验的判断
【例1】 判断下列试验是不是n重伯努利试验:
(1)依次投掷四枚质地不同的硬币,3次正面向上;
(2)某人射击,击中目标的概率是稳定的,他连续射击了10次,其中6次击中;
(3)口袋中装有5个白球,3个红球,2个黑球,依次从中抽取5个球,恰好抽出4个白球.
解 (1)由于试验的条件不同(质地不同),因此不是n重伯努利试验.
(2)某人射击且击中的概率是稳定的,因此是n重伯努利试验.
(3)每次抽取时,球的个数不一样多,且每种颜色出现的可能性不相等,因此不是n重伯努利试验.
规律方法 n重伯努利试验的判断依据
(1)要看该试验是不是在相同的条件下可以重复进行.
(2)每次试验的结果相互独立,互不影响.
【训练1】 下列事件:①运动员甲射击一次,“射中9环”与“射中8环”;②甲、乙两运动员各射击一次,“甲射中10环”与“乙射中9环”;③甲、乙两运动员各射击一次,“甲、乙都射中目标”与“甲、乙都没射中目标”;④在相同的条件下,甲射击10次,5次击中目标.
其中是n重伯努利试验的是(  )
A.①
B.②
C.③
D.④
解析 ①③符合互斥事件的概念,是互斥事件;②是相互独立事件;④是n重伯努利试验.
答案 D
题型二 n重伯努利试验概率的求法
【例2】 某气象站天气预报的准确率为80%,计算:(结果保留到小数点后第2位)
(1)“5次预报中恰有2次准确”的概率;
(2)“5次预报中至少有2次准确”的概率.
解 (1)记“预报一次准确”为事件A,则P(A)=0.8.
5次预报相当于5次伯努利试验.
“恰有2次准确”的概率为
P=C×0.82×0.23=0.051
2≈0.05,
因此5次预报中恰有2次准确的概率约为0.05.
(2)“5次预报中至少有2次准确”的对立事件为“5次预报全部不准确或只有1次准确”,其概率为
P=C×0.25+C×0.8×0.24=0.006
72.
所以所求概率为1-P=1-0.006
72≈0.99.
所以“5次预报中至少有2次准确”的概率约为0.99.
规律方法 n重伯努利试验概率求解的关注点
(1)解此类题常用到互斥事件概率加法公式,相互独立事件概率乘法公式及对立事件的概率公式.
(2)运用n重伯努利试验的概率公式求概率时,首先判断问题中涉及的试验是否为n重伯努利试验,判断时注意各次试验之间是相互独立的,并且每次试验的结果只有两种(即要么发生,要么不发生),在任何一次试验中某一事件发生的概率都相等,然后用相关公式求概率.
【训练2】 某射手进行射击训练,假设每次射击击中目标的概率都为,且每次射击的结果互不影响,已知射手射击了5次,求:
(1)其中只在第一、三、五次击中目标的概率;
(2)其中恰有3次击中目标的概率;
(3)其中恰有3次连续击中目标,而其他两次没有击中目标的概率.
解 (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
P=××××=.
(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
P=C××=.
(3)该射手射击了5次,其中恰有3次连续击中目标,而其他两次没有击中目标,应用排列组合知识,把3次连续击中目标看成一个整体可得共有C种情况.
故所求概率为P=C××=.
题型三 二项分布的均值与方差
【例3】 为防止风沙危害,某地决定建设防护绿化带,种植杨树、沙柳等植物.某人一次种植了n株沙柳,各株沙柳的成活与否是相互独立的,成活率为p,设X为成活沙柳的株数,均值E(X)为3,标准差为.
(1)求n和p的值,并写出X的分布列;
(2)若有3株或3株以上的沙柳未成活,则需要补种,求需要补种沙柳的概率.
解 由题意知,X~B(n,p),P(X=k)=Cpk(1-p)n-k,k=0,1,…,n.
(1)由E(X)=np=3,D(X)=np(1-p)=,
得1-p=,从而n=6,p=.
X的分布列为
X
0
1
2
3
4
5
6
P
(2)记“需要补种沙柳”为事件A,则P(A)=P(X≤3),
得P(A)=+++=,或P(A)=1-P(X>3)=1-=,所以需要补种沙柳的概率为.
规律方法 解决此类问题第一步是判断随机变量X服从什么分布,第二步代入相应的公式求解.若X服从两点分布,则E(X)=p,D(X)=p(1-p);若X服从二项分布,即X~B(n,p),则E(X)=np,D(X)=np(1-p).
【训练3】 某厂一批产品的合格率是98%.
(1)求从中抽取一件产品为正品的数量的方差;
(2)求从中有放回地随机抽取10件产品,计算抽出的10件产品中正品数的方差及标准差.
解 (1)用Y表示抽得的正品数,则Y=0,1.
Y服从两点分布,且P(Y=0)=0.02,P(Y=1)=0.98,
所以D(Y)=p(1-p)=0.98×(1-0.98)=0.019
6.
(2)用X表示抽得的正品数,则X~B(10,0.98),
所以D(X)=10×0.98×0.02=0.196,
标准差为≈0.44.
一、素养落地
1.通过本节课的学习,进一步提升数学抽象及数据分析素养.
2.n重伯努利试验要从三方面考虑:第一,每次试验是在相同条件下进行的;第二,各次试验的结果是相互独立的;第三,每次试验都只有两种结果,即事件要么发生,要么不发生.
3.如果1次试验中某事件发生的概率是p,那么n重伯努利试验中这个事件恰好发生k次的概率为Pn(k)=Cpk(1-p)n-k(k=0,1,2,…,n),此概率公式恰为[(1-p)+p]n展开式的第k+1项,故称该公式为二项分布公式.
二、素养训练
1.某一批花生种子,如果每1粒发芽的概率都为,那么播下3粒种子恰有2粒发芽的概率是(  )
A.
B.
C.
D.
解析 播下3粒种子恰有2粒发芽的概率为C×=.
答案 B
2.某电子管正品率为,次品率为,现对该批电子管进行测试,设第X次首次测到正品,则P(X=3)等于(  )
A.C×
B.C×
C.×
D.×
解析 P(X=3)=×.
答案 C
3.同时抛掷两枚质地均匀的硬币10次,设两枚硬币同时出现反面的次数为X,则D(X)等于(  )
A.
B.
C.
D.5
解析 抛掷两枚均匀硬币,两枚硬币都出现反面的概率为P=×=,
则易知X~B,
故D(X)=10××=.
答案 A
4.设X~B(2,p),若P(X≥1)=,则p=__________.
解析 因为X~B(2,p),
所以P(X=k)=Cpk(1-p)2-k,k=0,1,2.
所以P(X≥1)=1-P(X<1)=1-P(X=0)
=1-Cp0(1-p)2=1-(1-p)2=,
结合0解得p=.
答案 
5.甲队有3人参加知识竞赛,每人回答一个问题,答对者为本队赢得一分,答错得零分.假设甲队中每人答对的概率均为,且各人答对正确与否相互之间没有影响.用X表示甲队的总得分,求随机变量X的分布列.
解 由题意知,X~B,
故P(X=0)=C×=,
P(X=1)=C××=,
P(X=2)=C××=,
P(X=3)=C×=,
所以X的分布列为
X
0
1
2
3
P
基础达标
一、选择题
1.若在一次测量中出现正误差和负误差的概率都是,则在5次测量中恰好出现2次正误差的概率是(  )
A.
B.
C.
D.
解析 P=C××=.
答案 A
2.若X~B(10,0.8),则P(X=8)=(  )
A.C×0.88×0.22
B.C×0.82×0.28
C.0.88×0.22
D.0.82×0.28
解析 P(X=8)=C×0.88×0.22.
答案 A
3.设随机变量X~B,则P(X=3)等于(  )
A.
B.
C.
D.
解析 ∵X~B,∴P(X=3)=
C××=.
答案 A
4.设随机变量X的分布列为P(X=k)=C·,k=0,1,2,…,n,且E(X)=24,则D(X)的值为(  )
A.
B.8
C.12
D.16
解析 由题意可知X~B,
所以n=E(X)=24.所以n=36.
所以D(X)=n·×=36××=8.
答案 B
5.某同学上学路上要经过3个路口,在每个路口遇到红灯的概率都是,且在各路口是否遇到红灯是相互独立的,记X为遇到红灯的次数,若Y=3X+5,则Y的标准差为(  )
A.
B.3
C.
D.2
解析 因为该同学经过每个路口时,是否遇到红灯互不影响,所以可看成3次独立重复试验,即X~B,则X的方差D(X)=3××=,所以Y的方差D(Y)=32·D(X)=9×=6,所以Y的标准差为=.
答案 A
二、填空题
6.一个病人服用某种新药后被治愈的概率为0.9,则服用这种新药的4个病人中至少3人被治愈的概率为________(用数字作答).
解析 至少3人被治愈的概率为C×0.93×0.1+0.94=0.947
7.
答案 0.947
7
7.已知随机变量X+Y=8,若X~B(10,0.6),则E(Y),D(Y)分别是(  )
A.6和2.4
B.2和2.4
C.2和5.6
D.6和5.6
解析 因为X+Y=8,所以Y=8-X.
因此,求得E(Y)=8-E(X)=8-10×0.6=2,
D(Y)=(-1)2D(X)=10×0.6×0.4=2.4.
答案 B
8.设随机变量X~B(2,p),Y~B(4,p),若P(X≥1)=,则D(Y)=__________.
解析 由随机变量X~B(2,p),且P(X≥1)=,得P(X≥1)=1-P(X=0)=1-C×(1-p)2=,易得p=.由Y~B,得随机变量Y的方差D(Y)=4××=.
答案 
三、解答题
9.某单位6个员工借助互联网开展工作,每天每个员工上网的概率都是0.5(相互独立),求一天内至少3人同时上网的概率.
解 记Ar(r=0,1,2,…,6)为“r个人同时上网”这个事件,则其概率为P(Ar)=C0.5r(1-0.5)6-r=C0.56=C.“一天内至少有3人同时上网”即为事件A3∪A4∪A5∪A6,因为A3,A4,A5,A6为彼此互斥事件,所以可应用概率加法公式,得“一天内至少有3人同时上网”的概率为P=
P(A3∪A4∪A5∪A6)=P(A3)+P(A4)+P(A5)+P(A6)=(C+C+C+C)=×(20+15+6+1)=.
10.两个人射击,甲射击一次中靶概率是,乙射击一次中靶概率是.
(1)两人各射击1次,两人总共中靶至少1次就算完成目标,则完成目标的概率是多少?
(2)两人各射击2次,两人总共中靶至少3次就算完成目标,则完成目标的概率是多少?
(3)两人各射击5次,两人总共中靶至少1次的概率是否超过99%?
解 (1)共三种情况:乙中靶甲不中靶,概率为×=;
甲中靶乙不中靶,概率为×=;
甲、乙全中靶,概率为×=.
故所求概率是++=.
(2)共两类情况:
共中靶3次,概率为
C×C+C×
C=;
共中靶4次,概率为
C×C=,
故所求概率为+=.
(3)两人总共中靶至少1次的概率为1-C×C=1-=>0.99.
所以两人各射击5次,两人总共中靶至少1次的概率超过99%.
能力提升
11.若随机变量X~B,则P(X=k)最大时,k的值为(  )
A.1或2
B.2或3
C.3或4
D.5
解析 依题意P(X=k)=C××,k=0,1,2,3,4,5.
可以求得P(X=0)=,P(X=1)=,P(X=2)=,P(X=3)=,P(X=4)=,P(X=5)=.故当k=1或2时P(X=k)最大.
答案 A
12.一家面包房根据以往某种面包的销售记录,绘制了日销售量的频率分布直方图,如图所示.
将日销售量落入各组的频率视为概率,并假设每天的销售量相互独立.
(1)求在未来连续3天里,有连续2天的日销售量都不低于100个且另1天的日销售量低于50个的概率;
(2)用X表示在未来3天里日销售量不低于100个的天数,求随机变量X的分布列,均值E(X)及方差D(X).
解 (1)设A1表示事件“日销售量不低于100个”,A2表示事件“日销售量低于50个”,B表示事件“在未来连续3天里有连续2天的日销售量不低于100个且另1天的日销售量低于50个”.因此
P(A1)=(0.006+0.004+0.002)×50=0.6,
P(A2)=0.003×50=0.15,
P(B)=0.6×0.6×0.15×2=0.108.
(2)由题意知X~B(3,0.6),故
P(X=0)=C×(1-0.6)3=0.064,
P(X=1)=C×0.6×(1-0.6)2=0.288,
P(X=2)=C×0.62×(1-0.6)=0.432,
P(X=3)=C×0.63=0.216,
则X的分布列为
X
0
1
2
3
P
0.064
0.288
0.432
0.216
因为X~B(3,0.6),
所以均值E(X)=3×0.6=1.8,
方差D(X)=3×0.6×(1-0.6)=0.72.
创新猜想
13.(多选题)某射手射击一次,击中目标的概率是0.9,他连续射击3次,且他每次射击是否击中目标之间没有影响,下列结论正确的是(  )
A.他三次都击中目标的概率是0.93
B.他第三次击中目标的概率是0.9
C.他恰好2次击中目标的概率是2×0.92×0.1
D.他恰好2次未击中目标的概率是3×0.9×0.12
解析 A正确;由每次射击,击中目标的概率为0.9,知他第三次击中目标的概率也为0.9,B正确;3次射击恰好2次击中目标的概率为C×0.92×0.1,C不正确;恰好2次未击中目标,即恰好击中目标1次,概率为C×0.9×0.12,D正确.
答案 ABD
14.(多空题)设二项分布X~B(n,p)的随机变量X的均值与方差分别是2.4和1.44,则二项分布的参数n=____,p=______.
解析 由题意得,np=2.4,np(1-p)=1.44,
∴1-p=0.6,
∴p=0.4,n=6.
答案 6 0.4(共30张PPT)
7.4 二项分布与超几何分布
7.4.1 二项分布
?
课标要求
素养要求
1.通过具体实例了解伯努利试验,掌握二项分布及其数字特征.
2.能用二项分布解决简单的实际问题.
通过学习二项分布的概念及研究其数字特征,提升数学抽象及数据分析素养.
新知探究
“三个臭皮匠顶个诸葛亮”是在中国民间流传很广的一句谚语,这句谚语是非常有道理的,下面我们从概率的角度来探讨一下这个问题:
假如刘备手下有诸葛亮和9名谋士组成的智囊团,假定对某事进行决策时,每名谋士决策正确的概率为0.7,诸葛亮决策正确的概率为0.85,现在要为某事能否可行征求每位谋士的意见,并按照多数人的意见作出决策,试比较诸葛亮和智囊团决策正确概率的大小.
问题 上述情境中的问题,假如让你猜想的话,你能得到正确的答案吗?
提示 智囊团决策正确的概率要大于诸葛亮决策正确的概率,具体怎么计算的通过学习本节课的内容即可解决.
1.n重伯努利试验的概念
只包含____个可能结果的试验叫做伯努利试验,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.
2.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.

3.二项分布
一般地,在n重伯努利试验中,设每次试验中事件A发生的概率为p(0P(X=k)=_________________,k=0,1,2,…,n.
如果随机变量X的分布列具有上式的形式,则称随机变量X服从二项分布,记作__________________.
4.一般地,可以证明:如果X~B(n,p),那么E(X)=np,D(X)=________________.
X~B(n,p)
np(1-p)
拓展深化
[微判断]
1.在n重伯努利试验中,各次试验的结果相互没有影响.
(
)
2.在n重伯努利试验中,各次试验中某事件发生的概率可以不同.
(
)
提示 在n重伯努利试验中,各次试验中某事件发生的概率均相同.
×


[微训练]
2.连续掷一枚硬币5次,
恰好有3次出现正面向上的概率是__________.
3.某人射击一次击中目标的概率为0.6,
经过3次射击,
此人至少有两次击中目标的概率为__________.
解析 设击中目标的次数为X,则X~B(3,0.6).
[微思考]
1.你能说明两点分布与二项分布之间的关系吗?
提示 两点分布是特殊的二项分布,即X~B(n,p)中,当n=1时,二项分布便是两点分布,也就是说二项分布是两点分布的一般形式.
2.在n次独立重复试验中,各次试验的结果相互有影响吗?
提示 在n次独立重复试验中,各次试验的结果相互之间无影响.因为每次试验是在相同条件下独立进行的,所以第i+1次试验的结果不受前i次结果的影响(其中i=1,2,…,n-1).
题型一 n重伯努利试验的判断
【例1】 判断下列试验是不是n重伯努利试验:
(1)依次投掷四枚质地不同的硬币,3次正面向上;
(2)某人射击,击中目标的概率是稳定的,他连续射击了10次,其中6次击中;
(3)口袋中装有5个白球,3个红球,2个黑球,依次从中抽取5个球,恰好抽出4个白球.
解 (1)由于试验的条件不同(质地不同),因此不是n重伯努利试验.
(2)某人射击且击中的概率是稳定的,因此是n重伯努利试验.
(3)每次抽取时,球的个数不一样多,且每种颜色出现的可能性不相等,因此不是n重伯努利试验.
规律方法 n重伯努利试验的判断依据
(1)要看该试验是不是在相同的条件下可以重复进行.
(2)每次试验的结果相互独立,互不影响.
【训练1】 下列事件:①运动员甲射击一次,“射中9环”与“射中8环”;②甲、乙两运动员各射击一次,“甲射中10环”与“乙射中9环”;③甲、乙两运动员各射击一次,“甲、乙都射中目标”与“甲、乙都没射中目标”;④在相同的条件下,甲射击10次,5次击中目标.
其中是n重伯努利试验的是(  )
A.①
B.②
C.③
D.④
解析 ①③符合互斥事件的概念,是互斥事件;②是相互独立事件;④是n重伯努利试验.
答案 D
题型二 n重伯努利试验概率的求法
【例2】 某气象站天气预报的准确率为80%,计算:(结果保留到小数点后第2位)
(1)“5次预报中恰有2次准确”的概率;
(2)“5次预报中至少有2次准确”的概率.
解 (1)记“预报一次准确”为事件A,则P(A)=0.8.
5次预报相当于5次伯努利试验.
“恰有2次准确”的概率为
(2)“5次预报中至少有2次准确”的对立事件为“5次预报全部不准确或只有1次准确”,其概率为
所以所求概率为1-P=1-0.006
72≈0.99.
所以“5次预报中至少有2次准确”的概率约为0.99.
规律方法 n重伯努利试验概率求解的关注点
(1)解此类题常用到互斥事件概率加法公式,相互独立事件概率乘法公式及对立事件的概率公式.
(2)运用n重伯努利试验的概率公式求概率时,首先判断问题中涉及的试验是否为n重伯努利试验,判断时注意各次试验之间是相互独立的,并且每次试验的结果只有两种(即要么发生,要么不发生),在任何一次试验中某一事件发生的概率都相等,然后用相关公式求概率.
解 (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
(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
X的分布列为
(2)记“需要补种沙柳”为事件A,则P(A)=P(X≤3),
规律方法 解决此类问题第一步是判断随机变量X服从什么分布,第二步代入相应的公式求解.若X服从两点分布,则E(X)=p,D(X)=p(1-p);若X服从二项分布,即X~B(n,p),则E(X)=np,D(X)=np(1-p).
【训练3】 某厂一批产品的合格率是98%.
(1)求从中抽取一件产品为正品的数量的方差;
(2)求从中有放回地随机抽取10件产品,计算抽出的10件产品中正品数的方差及
标准差.
解 (1)用Y表示抽得的正品数,则Y=0,1.
Y服从两点分布,且P(Y=0)=0.02,P(Y=1)=0.98,
所以D(Y)=p(1-p)=0.98×(1-0.98)=0.019
6.
(2)用X表示抽得的正品数,则X~B(10,0.98),
所以D(X)=10×0.98×0.02=0.196,
一、素养落地
1.通过本节课的学习,进一步提升数学抽象及数据分析素养.
2.n重伯努利试验要从三方面考虑:第一,每次试验是在相同条件下进行的;第二,各次试验的结果是相互独立的;第三,每次试验都只有两种结果,即事件要么发生,要么不发生.
答案 B
答案 C
3.同时抛掷两枚质地均匀的硬币10次,设两枚硬币同时出现反面的次数为X,则D(X)等于(  )
解析 因为X~B(2,p),
所以X的分布列为