内容正文:
对一类概率统计题错解的深度剖析
下面两道概率统计题,频繁出现在一些资料和试卷上.但令人遗憾的是:这类题的解法和答案均有误.因此,为使问题便于澄清,也让广大同仁对这类疑难问题认识清楚,笔者不妨先将原题与原解呈现出来,然后再作进一步的深度剖析.
原题1:有一质地均匀的正四面体,其四个面上分别标有1、2、3、4四个数字.已知一质点M从平面直角坐标系的原点出发,沿x轴正方向移动,其移动规则是:若投掷该正四面体时,看不到的面上的数字为,则质点M移动个单位,质点M到达点前将连续投掷正四面体.(1)求质点M恰好到达点的概率;(2)求质点M到达点的所有情况中,用随机变量表示点M能够到达点时投掷正四面体的次数,求的分布列和期望.
原解:(1)投掷一次正四面体,底面上每个数字的出现都是等可能的概率均为.依题意有:若投掷一次能到达点,则底面数字应为,其概率为;若投掷二次能到达点,则底面数字为1、3,3、1,2、2三种情况,其概率为;若投掷三次能到达点,则底面数字为1、1、2,1、2、1,2、1、1三种情况,其概率为;若投掷四次能到达点,则底面数字应为1、1、1、1,其概率为,故能到达点的概率为.
(2)能到达点的所有情况共有以上(1)中8种,则
其分布列为
1
2
3
4
故的期望为.
我们来仔细观察和分析一下就会发现,上述第(1)问的解与答案是正确的,而第(2)问的解法与答案则完全错误,其解题的理由和思路是不合情理的.对此笔者剖析如下:由第(1)问求解的过程知,当投掷一次就能到达点的概率为,其概率是较大的;而当投掷四次才能到达点的概率为,其概率是较小的;显然两者的概率差别是很大的,因此与是不相等的,故上述是完全错误的;另外,由于在离散型随机变量的分布列中各变量对应的概率之和必定等于,而,由此可以判定与也是错误的,那么究竟如何来解答第(2)问呢?
笔者认为第(2)问是涉及到有关“条件概率”的统计问题.为了使问题便于理解,我们不妨先来考虑下面这样一个问题:某户有两个孩子的家庭,假设男女出生率是一样的,(I)求该家庭中有一男一女这一事件的概率;(II)若已知该家庭中至少有一个女孩,求这家庭有一男一女这一事件的概率.
分析:由于男女出生率一样,则两个孩子(依大小排列)的性别为(男男),(男女),(女男),(女女)的可能性是一样的,故事件的概率;而事件的概率,两种情况下求出的概率不同.这也很容易理解,因为在问题(II)中多了一个条件,即“已知该家庭中至少有一个女孩”这一事件已发生.于是称“在已知事件发生的条件下,事件发生的概率为条件概率”,且条件概率.
下面我们就能很容易地得出原题1中第(2)问的正确解答如下:依题意有.由于质点M恰好到达点的概率,则;;;.故的分布列为
1
2
3
4
期望.
原题2:设一游戏棋子在正四面体的表面沿着棱从一个顶点移向另外三个顶点的概率是等可能的.现抛掷一正方体骰子,根据其点数来决定棋子是否移动:若掷出的点数是奇数,则棋子不动;若掷出的点数是偶数,棋子移动到另一顶点,且棋子的初始位置在顶点.(I)求掷1次骰子且棋子到达顶点的概率;(II)求掷2次骰子后,棋子才首次到达顶点的概率;(III)掷3次骰子,棋子每次都向其它顶点移动,棋子恰好到达顶点;若棋子落在顶点的得分依次是0分、1分、2分、3分,用表示棋子三次移动的总得分.求的数学期望.
原解:(I) 由于每掷一次骰子:棋子不动的概率为;棋子移动的概率为.故掷一次骰子,且棋子到达顶点的概率为.
(II) 掷2次骰子后,棋子才首次到达顶点的情形有:共三种.故所求概率为.
(III)掷3次骰子,棋子每次都移动到其它顶点,,有以下几种情况:;
而的所有可能取值分别为:2,3,4,5,6分.
且;;;;.
则的数学期望.
显然上述第(I) 、(II)问的解与答案是正确的,而第(III)问的解法与答案则完全错误.理由如下:与都是不可能的.第(III)问同样是一个涉及“条件概率”的统计问题,其正确解答应为:由于事件“掷3次骰子,棋子每次都向其它顶点移动,棋子恰好到达顶点”发生的概率;则,.故的数学期望.
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