内容正文:
微突破十五
概率与函数、数列
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目标一
概率与函数
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解析
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目标二
概率与数列
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把握高考微点,实现素能提升
完成——微练(八十九)
本部分内容讲解结束
在概率与统计的问题中,决策的工具是样本的数字特征或有关概率.决策方案的最佳选择是将概率最大(最小)或均值最大(最小)的方案作为最佳方案,这往往借助于函数、不等式、数列的有关性质去实现.
【例1】 为提高科技原创能力,抢占科技创新制高点,某企业锐意创新,开发了一款新产品,并进行大量试产.
(1)现从试产的新产品中取出了5件产品,其中恰有2件次品,但不能确定哪2件是次品,需对5件产品依次进行检验,每次检验后不放回,当能确定哪2件是次品时即终止检验,记终止时一共检验了X次,求随机变量X的分布列与期望;
根据题意可知X的取值可能为2,3,4,
则P(X=2)==,P(X=3)=×+=,P(X=4)==,则X的分布列为
X
2
3
4
P
所以E(X)=2×+3×+4×=.
(2)设每件新产品为次品的概率都为p(0<p<1),且各件新产品是否为次品相互独立.记“从试产的新产品中随机抽取50件,其中恰有2件次品”的概率为f(p),问p取何值时,f(p)最大.
由题意可得,f(p)=Cp2(1-p)48(0<p<1),f′(p)=C[2p(1-p)48-48p2(1-p)47]=C·2p(1-p)47·(1-25p),令f′(p)=0,解得p=,因为当0<p<时,f′(p)>0,所以f(p)为单调递增函数,因为当<p<1时,f′(p)<0,所以f(p)为单调递减函数,所以当p=时,f(p)取得最大值.
[规律方法] 解决概率与函数问题的步骤
(1)求初始事件的概率p1(或p0).
(2)利用事件关系将f(pn)表达为关于p的表达式.
(3)利用函数的单调性等相关知识,解决问题.
【训练1】 设随机变量X服从正态分布N(10,σ2),P(X>17)=m,P(3≤X≤10)=n,则m2+n2的最小值为______.
由题意可知,正态曲线关于x=10对称,所以P(x>17)=P(x<3)=m,所以m+n=,因为m2+n2≥2mn,得2(m2+n2)≥m2+n2+2mn,得m2+n2≥(m+n)2=×2=,等号成立时,m=n=,所以m2+n2的最小值为.
【例2】 (2023·新课标Ⅰ卷)甲、乙两人投篮,每次由其中一人投篮,规则如下:若命中,则此人继续投篮;若未命中,则换为对方投篮.无论之前投篮情况如何,甲每次投篮的命中率均为0.6,乙每次投篮的命中率均为0.8.由抽签确定第1次投篮的人选,第1次投篮的人是甲、乙的概率各为0.5.
(1)求第2次投篮的人是乙的概率;
第2次投篮的人是乙分为两种情况:第1次投篮的人是甲且投篮未命中,其概率为0.5×(1-0.6)=0.2;第1次投篮的人是乙且投篮命中,其概率为0.5×0.8=0.4,所以第2次投篮的人是乙的概率为0.2+0.4=0.6.
(2)求第i次投篮的人是甲的概率;
设第i次投篮的人是甲的概率为pi,由题意可知,p1=,pi+1=pi×0.6+(1-pi)×(1-0.8),即pi+1=0.4pi+0.2=pi+,所以pi+1-=,又p1-=-=,所以数列是以为首项,为公比的等比数列,所以pi-=×i-1,所以pi=+×i-1.
(3)已知:若随机变量Xi服从两点分布,且P(Xi=1)=1-P(Xi=0)=qi,i=1,2,…,n,则E(i)=i.记前n次(即从第1次到第n次投篮)中甲投篮的次数为Y,求E(Y).
设第i次投篮时甲投篮的次数为Xi,则Xi的可能取值为0或1,当Xi=0时,表示第i次投篮的人是乙,当Xi=1时,表示第i次投篮的人是甲,所以P(Xi=1)=pi,P(Xi=0)=1-pi,所以E(Xi)=pi.Y=X1+X2+X3+…+Xn.则E(Y)=E(X1+X2+X3+…+Xn)=p1+p2+p3+…+pn,由(2)知,pi=+×i-1,所以p1+p2+p3+…+pn=+×=+×=+×.
[规律方法] 解决概率与数列问题的步骤
(1)理清初始事件的概率p1(或p0).
(2)利用事件关系寻求第n步的概率pn与第n+1步的概率pn+1之间的关系,即递推关系pn+1=f(pn).
(3)利用数列的相关知识,由已知p1与pn+1=f(pn)求出通项公式pn.
【训练2】 (2025·扬州两校联考)某校为了合理配置校本课程资源,教务部门对学生们进行了问卷调查.据统计,其中的学生计划只选择校本课程一,另外的学生计划既选择校本课程一又选择校本课程二.每位学生若只选择校本课程一,则记1分;若既选择校本课程一又选择校本课程二,则记2分.假设每位选择校本课程一的学生是否计划选择校本课程二相互独立,视频率为概率.
(1)从学生中随机抽取3人,记这3人的合计得分为X,求X的分布列和数学期望;
由题意知,每位学生计划不选择校本课程二的概率为,选择校本课程二的概率为,则X的可能取值为3,4,5,6,P(X=3)=3=,P(X=4)=C××2=,P(X=5)=C×2×=,P(X=6)=3=,所以X的分布列为
X
3
4
5
6
P
所以E(X)=3×+4×+5×+6×=.
(2)从学生中随机抽取n人(n∈N*),记这n人的合计得分恰为n+1的概率为Pn,求P1+P2+…+Pn.
因为这n人的合计得分为n+1分,所以其中只有1人计划选择校本课程二,所以Pn=C·×n-1=,设Sn=P1+P2+…+Pn=+++…+ ①,则Sn=+++…+ ②,①-②,得Sn=+
++…+-,即Sn=3×-=1--=1-,所以P1+P2+…+Pn=.
$$