内容正文:
精研真题
[例题] (17分)(2025·全国2,19)甲、乙两人进行乒乓球练习,每个球胜者得1分,负者得0分.设每个球甲胜的概率为p(<p<1),乙胜的概率为q,p+q=1,且各球的胜负相互独立,对正整数k≥2,记pk为打完k个球后甲比乙至少多得2分的概率.qk为打完k个球后乙比甲至少多得2分的概率.
(1)求p3,p4(用p表示);
(2)若=4,求p;
(3)证明:对任意正整数m,p2m+1-q2m+1<p2m-q2m<p2m+2-q2m+2.
命题分析本题以乒乓球比赛得分的概率问题为背景,综合考查独立事件的概率、组合数的应用、递推关系的构建及不等式的证明等问题.
第(1)问通过具体计算考查学生对独立事件概率的理解;第(2)问通过方程求解考查概率的对称性;第(3)问通过数学归纳或对称性分析考查学生的逻辑推理能力.试题体现了概率与代数知识的综合运用,注重考查学生的数学建模能力和抽象思维能力.
解题分析
题意理解
序号 信息读取 信息加工
1 甲胜概率p(<p<1),乙胜概率q=1-p 非对称概率模型,需通过列举事件或递推关系计算概率
2 pk:甲比乙至少多得2分的概率 需分析k球后甲比乙至少多得2分的所有可能情况(如甲赢m+1球,乙赢m-1球)
3 qk:乙比甲至少多得2分的概率 对称的分析乙比甲至少多得2分的情况
4 =4 建立关于p的方程,需先求出p3,p4,q3,q4的表达式
5 证明p2m+1-q2m+1<p2m-q2m <p2m+2-q2m+2 分析概率的关系,寻找递推公式
思路探求
关键步骤 思维要点 思维缘由
(1)求p3 列举甲比乙至少多得2分的所有情况:仅甲赢3球(3∶0) 直接锁定唯一满足条件的事件,简化计算
计算 p3=p3 独立事件连乘,体现乘法原理
(1)求p4 列举情况:
①甲4∶0(概率p4)
②甲3∶1(概率p3q) 需全面考虑所有满足甲比乙至少多得2分的组合
整合 p4=p4+4p3q 概率加法原理,组合数计算
关键步骤 思维要点 思维缘由
(2)建立方程 计算p4-p3=3p3q
q4-q3=3q3p 通过差值消除相同结构,简化分式
化简 =4 利用q=1-p代换,转化为代数方程
解方程 p= 注意概率范围<p<1的约束
(3)递推分析 构建递推关系 递推关系是解决问题的关键
证明不等式 作差法比较大小 组合数公式
书写表达
(3)证明 用xk表示打完k局后甲的得分,
则p2m=P(x2m≥m+1),
p2m+1=P(x2m+1≥m+2)
=P(x2m≥m+2)+P(x2m=m+1)·p
=P(x2m≥m+2)+P(x2m=m+1)·(1-q)
=p2m-qP(x2m=m+1),
所以p2m-p2m+1=qP(x2m=m+1)
回顾反思本题围绕乒乓球比赛得分概率展开,通过分析不同比赛球数下甲、乙得分情况计算概率.
第(1)问根据比赛胜负组合计算p3,p4;
第(2)问利用对称性结合已知等式求解p;
第(3)问通过构造递推关系式,依据比赛得分规则及组合数性质证明不等式.整体考查独立事件概率计算、组合数运用及逻辑推理能力,需准确把握各种得分情形,合理运用相关公式和性质解题.
(1)解 p3为打完3个球后甲比乙至少多得2分的概率,
故只能甲赢3球,注①思考:为什么甲赢3球? 1分
故p3=(1-p)0p3=p3.
p4为打完4个球后甲比乙至少多得2分的概率,
故甲赢3球或4球,注②思考:为什么甲赢3球或4球? 2分
故所求为p4=(1-p)1p3+(1-p)0p4=4p3(1-p)+p4=p3(4-3p). 3分
(2)解 由(1)得p3=p3,p4=p3(4-3p),
同理q3=q3,q4=q3(4-3q),注③思考:为什么能利用类比的方法得到q3,q4?
4分
若=4,p+q=1,
则)2=4, 6分
因为,
所以p=2q=2(1-p),解得p=.注④思考:如何代入计算p? 7分
=q(pq)mp. 10分
同理q2m-q2m+1=(pq)mq. 11分
又p>q>0,所以p2m-p2m+1>q2m-q2m+1,所以p2m+1-q2m+1<p2m-q2m, 12分
所以p2m+2=P(x2m≥m+2)+P(x2m=m+1)·(2pq+p2)+P(x2m=m)·p2.
又p+q=1,所以2pq+p2=1-q2,所以p2m+2=p2m-q2P(x2m=m+1)+p2·P(x2m=m),
所以p2m+2-p2m=-q2··pm+1·qm-1+p2··pm·qm=(pq)m·p2-(pq)m+1. 13分
同理q2m+2-q2m=(pq)mq2-(pq)m+1. 14分
又p2>q2>0,
所以p2m+2-p2m>q2m+2-q2m,
所以p2m-q2m<p2m+2-q2m+2.
综上,对任意正整数m,有p2m+1-q2m+1<p2m-q2m<p2m+2-q2m+2. 17分
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