2.2.3独立重复试验与二项分布 学案2020-2021学年高二下学期数学人教A版选修2-3第二章

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名称 2.2.3独立重复试验与二项分布 学案2020-2021学年高二下学期数学人教A版选修2-3第二章
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资源类型 教案
版本资源 人教新课标A版
科目 数学
更新时间 2021-03-29 09:21:52

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文档简介

2.2.3 独立重复试验与二项分布
内 容 标 准 学 科 素 养
1.理解n次独立重复试验的模型. 2.理解二项分布(重、难点).
3.能利用独立重复试验的模型及二项分布解决一些简单的实际问题. 利用数学抽象
提升数学建模
和数学运算
授课提示:对应学生用书第36页
[基础认识]
知识点一 独立重复试验
(1)观察下面的试验,分析它们有什么共同特点?
①重复抛掷质地均匀的硬币10次,观察是否出现正面向上.
②重复抛一颗骰子10次观察是否出现1点.
③姚明罚球一次命中的概率为0.8,他在练习罚球时,投篮4次恰好全部命中.
提示:①每次试验是在同样的条件下重复进行的;
②各次试验中的事件是相互独立的;
③每次试验都只有两种结果,发生与不发生;
④每次试验某事件发生的概率是相同的.
(2)投掷一枚图钉,设针尖向上的概率为p,则针尖向下的概率为q=1-p.连续掷一枚图钉3次,仅出现1次针尖向上的概率是多少?出现2次针尖向上呢?3次呢?
提示:连续掷一枚图钉3次,就是做3次独立重复试验.用Ai(i=1,2,3)表示事件“第i次掷得针尖向上”,用B1表示事件“仅出现1次针尖向上”,则B1=(A123)∪(1A23)∪(1 2A3).由于事件A12 3,1A23和1 2A3彼此互斥,由概率加法公式得P(B1)=P(A12 3)+P(1A23)+P(1 2A3)=q2p+q2p+q2p=3q2p.因此,连续掷一枚图钉3次,仅出现1次针尖向上的概率是3q2p.   
用B2表示事件“出现2次针尖向上”.
则P(B2)=P(A1A23)+P(1A2A3)+P(A12A3)
=p2q+p2q+p2q=3p2q,
P(B3)=P(A1A2A3)=p3.
用Bk(k=0,1,2,3)表示事件“连续掷一枚图钉3次,出现k次针尖向上”.可以发现P(Bk)=Cpkq3-k(k=0、1、2、3).
知识梳理 1.独立重复实验的定义
一般地,在相同条件下重复做的n次试验称为n次独立重复实验.
2.独立重复试验中事件A恰好发生k次的概率
一般地,如果在1次实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.
知识点二 二项分布
知识梳理 一般地,在n次独立重复试验中,用X表示事件A发生的次数,设每次试验中事件A发生的概率为p,则P(X=k)=Cpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n.此时称随机变量X服从二项分布,记作X~B(n,p),并称p为成功概率.
思考 二项分布与两点分布有何关系?
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.
[自我检测]
1.有以下试验:
①掷一枚质地均匀的硬币5次;
②某人连续投篮3次;
③袋中装有除颜色外其他都相同的3个红球,2个白球,不放回地从中摸3次;
④袋中装有除颜色外其他都相同的3个红球,2个白球,有放回地摸3次.
其中为独立重复试验的是________.(只填序号)
答案:①②④
2.将一枚质地均匀的硬币掷5次,恰好有3次正面朝上的概率为________.
答案:
授课提示:对应学生用书第37页
探究一 独立重复试验的判断
[阅读教材P58练习1]生产一种产品共需5道工序,其中1至5道工序的生产合格率分别为96%,99%,98%,97%,96%.现从成品中任意抽取1件,抽到合格品的概率是多少?
解析:各道工序都合格等价于产品是合格品,这5道工序是相互独立的.
因此抽到合格品的概率为P=P1×P2×P3×P4×P5=96%×99%×98%×97%×96%=0.867.
[例1] 判断下列试验是不是独立重复试验:
(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.
[解析] (1)由于试验的条件不同(质地不同),因此不是独立重复试验.
(2)某人射击且击中的概率是稳定的,因此是独立重复试验.
(3)每次抽取,试验的结果有三种不同的颜色,且每种颜色出现的可能性不相等,因此不是独立重复试验.
方法技巧 独立重复试验的判断依据
(1)要看该实验是不是在相同的条件下可以重复进行.
(2)每次试验相互独立,互不影响.
跟踪探究 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.
其中是独立重复试验的是(  )
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是独立重复试验.
答案:D
探究二 独立重复试验的概率
 [阅读教材P57例4]某射手每次射击击中目标的概率是0.8,求这名射手在10次射击中,
(1)恰有8次击中目标的概率;
(2)至少有8次击中目标的概率.
(结果保留两个有效数字)
题型:独立重复试验的概率
方法步骤:(1)先确定该试验是独立重复试验;
(2)由独立重复试验中概率的计算公式P(A)=Cpk(1-p)n-k得出所求事件的概率.
[例2] 某单位6个员工借助互联网开展工作,每个员工上网的概率是0.5(相互独立).
(1)求至少3人同时上网的概率;
(2)至少几人同时上网的概率小于0.3.
[解析] (1)至少3人同时上网的概率等于1减去至多2人同时上网的概率,即p=1-C×(0.5)6-C×(0.5)1×(0.5)5-C×(0.5)2×(0.5)4=.
(2)至少4人同时上网的概率为
C×(0.5)4×(0.5)2+C×(0.5)5×(0.5)1+C×(0.5)6=>0.3.
至少5人同时上网的概率为
C×(0.5)5×(0.5)1+C×(0.5)6=<0.3.
∴至少5人同时上网的概率小于0.3.
方法技巧 解答独立重复试验中的概率问题要注意以下几点
(1)先要判断问题中所涉及的试验是否为n次独立重复试验;
(2)要注意分析所研究的事件的含义,并根据题意划分为若干个互斥事件的并集.
(3)要善于分析规律,恰当应用排列、组合数简化运算.
跟踪探究 2.甲、乙两队进行排球比赛,已知在一局比赛中甲队胜的概率为,没有平局.
(1)若进行三局两胜制比赛,先胜两局者为胜,甲获胜的概率是多少?
(2)若进行五局三胜制比赛,甲获胜的概率为多少?
解析:(1)甲第一、二局胜,或第二、三局胜,或第一、三局胜,则P=2+C×××=.
(2)甲前三局胜;或甲第四局胜,而前三局仅胜两局;或甲第五局胜,而前四局仅胜两局,则
P=3+C×2××+C×2×2×=.
探究三 二项分布
 [阅读教材P58练习2]将一枚硬币连续抛掷5次,求正面向上的次数X的分布列.
解析:由题意得X~B(5,).
∴P(X=0)=C()5=,
P(X=1)=C5=,
P(X=2)=C5==,
P(X=3)=C5==,
P(X=4)=C5=,
P(X=5)=C5=.
∴X的分布列为:
X 0 1 2 3 4 5
P





[例3] 已知某种从太空飞船中带回来的植被种子每粒成功发芽的概率都为,某植物研究所分两个小组分别独立开展该种子的发芽试验,每次试验种一粒种子,如果某次没有发芽,则称该次试验是失败的.
(1)第一小组做了3次试验,记该小组试验成功的次数为X,求X的分布列;
(2)第二小组进行试验,到成功了4次为止,求在第4次成功之前共有3次失败的概率.
[解析] (1)由题意,得随机变量X可能取值为0,1,2,3,
则X~B.
即P(X=0)=C03=,
P(X=1)=C12=,
P(X=2)=C21=,
P(X=3)=C3=.
所以X的分布列为
X 0 1 2 3
P



(2)第二小组第7次试验成功,前面6次试验中有3次失败,3次成功,每次试验又是相互独立的,
因此所求概率为P=C3×3×=.
方法技巧 1.当X服从二项分布时,应弄清X~B(n,p)中的试验次数n与成功概率p.
2.解决二项分布问题的两个关注点
(1)对于公式P(X=k)=Cpk(1-p)n-k(k=0,1,2,…,n),必须在满足“独立重复试验”时才能应用,否则不能应用该公式.
(2)判断一个随机变量是否服从二项分布,关键有两点:一是对立性,即一次试验中,事件发生与否两者必有其一;二是重复性,即试验是独立重复地进行了n次.
跟踪探究 3.某一中学生心理咨询中心服务电话接通率为,某班3名同学商定明天分别就同一问题询问该服务中心.且每人只拨打一次,求他们中成功咨询的人数X的分布列.
解析:由题意可知X~B,
所以P(X=k)=Ck·3-k,
k=0,1,2,3.
即P(X=0)=C×0×3=,
P(X=1)=C××2=,
P(X=2)=C×2×=,
P(X=3)=C×3=.
所以X的分布列为:
X 0 1 2 3
P



授课提示:对应学生用书第38页
[课后小结]
 (1)独立重复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.
(2)如果1次试验中某事件发生的概率是p,那么n次独立重复试验中这个事件恰好发生k次的概率为Pn(k)=Cpk(1-p)n-k.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.
[素养培优]
 二项分布与超几何分布的关系
(1)从6名男生和4名女生中,随机选出3名学生参加一项竞技测试,试求选出的3名学生中女生人数ξ的分布列.
解析:由题意得ξ=0,1,2,3.ξ服从参数为N=10,M=4,n=3的超几何分布.
P(ξ=0)===,P(ξ=1)===,
P(ξ=2)===,P(ξ=3)===.
故ξ的分布列为:
ξ 0 1 2 3
P



(2)甲、乙两人玩秒表游戏,按开始键,然后随机按暂停键,观察秒表最后一位数,若出现0,1,2,3则甲赢,若最后一位出现6,7,8,9则乙赢,若最后一位出现4,5是平局.玩三次,记甲赢的次数为随机变量X,求X的分布列.
解析:由题意得X=0,1,2,3.
P(X=0)=C×0.63=0.216,
P(X=1)=C×0.4×0.62=0.432,
P(X=2)=C×0.42×0.6=0.288,
P(X=3)=C×0.43=0.064.
故X的分布列为:
X 0 1 2 3
P 0.216 0.432 0.288 0.064
点评 超几何分布与二项分布都是随机变量取非负整数值的离散分布,表面上看,两种分布的概率求取有截然不同的表达式,但看它们的概率分布表,会发现构造上的相似点.课本中对超几何分布的模型建立是这样的:若有N件产品,其中M件是废品,无放回地任意抽取n件,则其中恰有的废品件数X是服从超几何分布的.而对二项分布则使用比较容易理解的射击问题来建立模型.若将超几何分布的概率模型改成:若有N件产品,其中M件是废品,有放回地任意抽取n件,则其中恰有的废品件数X是服从二项分布的.在这里,两种分布的差别就在于“有”与“无”的差别,只要将概率模型中的“无”改为“有”,或将“有”改为“无”,就可以实现两种分布之间的转化.
超几何分布与二项分布是两个非常重要的概率模型,许多实际问题都可以利用这两个概率模型来求解.在实际应用中,理解并辨别这两个概率模型是至关重要的.下面通过例子说明一下两者的区别.