摘要:
该高中数学高考复习课件聚焦“二项分布、超几何分布与正态分布”核心考点,依据课标要求系统梳理伯努利试验、分布定义、数字特征及实际应用,通过概念辨析(如基础检测第1题)、教材改编题(如题目2、3)巩固基础,分考点归纳n重伯努利试验、分布列计算等常考题型,对接高考评价体系,明确高频考点权重,体现备考针对性。
课件亮点在于高考真题与模拟题深度融合,如2025浙江义乌三模例2分析二项分布的分布列及期望,2025江西萍乡三模例6结合正态分布性质求概率区间,培养学生的数学思维(逻辑推理)和数学语言(数据表达)素养。通过“情境建模—概率计算—结果分析”步骤指导,帮助学生掌握分布列书写、期望方差计算技巧,易错点分析(如超几何与二项分布区别)助力规避错误,教师可据此系统开展专题复习,提升学生应试能力。
内容正文:
第9章 计数原理、概率、随机变量及其分布
第54讲 二项分布、超几何分布与正态分布
2027届高考一轮复习数学
1
【课标要求】
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,并能解决简单的实际问题.
2.通过具体实例,了解超几何分布及其均值,并能解决简单的实际问题.
3.通过误差模型,了解服从正态分布的随机变量.通过具体实例,借助频率直方图的几何直观,了解正态分布的特征.
4.了解正态分布的均值、方差及其含义.
2
【知识要点】
1.两点分布
(1)定义:对于只有两个可能结果的随机试验叫做伯努利试验,用A表示“成功”,表示“失败”,定义X=如果P(A)=p,则P()=1-p,那么X的分布列如下表所示,
X 0 1
P 1-p p
称随机变量X服从两点分布或0-1分布.
(2)均值与方差
若随机变量X服从参数为p的两点分布,则E(X)=p,D(X)=p(1-p).
3
2.n重伯努利试验
(1)定义: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)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.
4
3.二项分布
(1)定义: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(0<p<1),用X表示事件A发生的次数,则X的分布列为P(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X~B(n,p).
(2)均值与方差:若X服从参数为n,p的二项分布,即X~B(n,p),则E(X)=np,D(X)=np(1-p).
(3)推论:由二项式定理可以得到
pk(1-p)n-k=[p+(1-p)]n=1.
pk(1-p)n-k
5
4.超几何分布
定义:一般地,假设一批产品共有N件,其中有M件次品,从N件产品中随机抽取n件(不放回),用X表示抽取的n件产品中的次品数,则X的分布列为P(X=k)=,k=m,m+1,m+2,…,r,其中n,N,M∈N*,M≤N,n≤N,m=max{0,n-N+M},r=min{M,n},如果随机变量X的分布列具有上式的形式,那么称随机变量X服从超几何分布,则E(X)=.
6
5.正态分布
(1)正态曲线:刻画随机误差分布的解析式f(x)=·,x∈R,其中μ∈R,σ>0为参数.我们称f(x)为正态密度函数,函数f(x)的图象为 ,简称正态曲线.
正态密度曲线
7
(2)正态曲线的特点
①曲线是单峰的,它关于直线 对称;
②曲线在 处达到峰值;
③当|x|无限增大时,曲线无限接近x轴;
④曲线与x轴围成的面积为1.
x=μ
x=μ
8
⑤当σ一定时,曲线的位置由μ确定,曲线随着μ的变化而沿x轴平移(如图a所示);当μ一定时,曲线的形状由σ确定,σ越大,说明标准差 ,数据的集中程度 ,所以曲线越“胖”;σ越小,说明标准差 ,数据的集中程度 ,所以曲线越“瘦”.如图b所示.
越大
越小
越弱
越强
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(3)正态分布的定义及表示
①定义:若随机变量X的概率分布密度函数为f(x)=·,则称随机变量X服从正态分布,记为X~N(μ,σ2),特别地,当μ=0,σ=1时,称随机变量X服从标准正态分布.
②3σ原则
正态分布在三个特殊区间内的概率值:如果X~N(μ,σ2),
那么P(μ-σ≤X≤μ+σ)≈ ,P(μ-2σ≤X≤μ+2σ)≈ ,P(μ-3σ≤X≤μ+3σ)
≈ .
在实际应用中,通常认为服从于正态分布N(μ,σ2)的随机变量X只取[μ-3σ,μ+3σ]中的值,这在统计学中称为“3σ原则”.
68.27%
95.45%
99.73%
10
【基础检测】
概念辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)若X~B(n,p),则E(X)=p,D(X)=p(1-p).( )
(2)若随机变量X的分布列为P(X=k)=,k=m,m+1,m+2,…,r,其中n,N,M∈N*,M≤N,n≤N,m=max{0,n-N+M},r=min{M,n},则E(X)=.( )
×
√
11
(3)从4名男演员和3名女演员中选出4名,其中女演员的人数X服从超几何分布.( )
(4)正态密度曲线与x轴之间的区域的面积为1.( )
(5)正态分布中的参数μ和σ完全确定了正态分布,参数μ是正态分布的均值,σ是正态分布的标准差.( )
√
√
√
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2.[选择性必修3p87T2]某班有48名同学,一次考试后的数学成绩服从正态分布N(80,102),则理论上在80分到90分的人数约是(注:如果X~N(μ,σ2),那么P(μ-σ≤X≤μ+σ)≈68.27%)( )
A.32 B.16 C.8 D.20
B
[解析] 因为数学成绩近似地服从正态分布N(80,102),所以P(|x-80|≤10)≈0.6827.根据正态密度曲线的对称性可知,位于80分到90分之间的概率是位于70分到90分之间的概率的一半,所以理论上在80分到90分的人数是×0.6827×48≈16.
教材改编
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3.[选择性必修3p76T1]已知X~B(20,p),且E(X)=6,则D(X)=( )
A.1.8 B.6 C.2.1 D.4.2
D
[解析] 因为X服从二项分布X~B(20,p),
所以E(X)=20p=6,得p=0.3,
故D(X)=np(1-p)=20×0.3×0.7=4.2.
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4.在含有3件次品的10件产品中,任取4件,X表示取到的次品的个数,则P(X=1)= .
[解析] 由题意得,P(X=1)==.
15
5.已知随机变量X服从两点分布,且P(X=1)=0.6.设Y=3X-2,那么P(Y=-2)= .
0.4
[解析] 当Y=-2时,由3X-2=-2⇒X=0,
所以P(Y=-2)=P(X=0)=1-P(X=1)=1-0.6=0.4.
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考点1 重伯努利试验与二项分布
角度1.n重伯努利试验
例1 某高中举办诗词知识竞赛答题活动,参赛选手从A类5道题中任选3道进行答题,直到答完为止.某班小张同学A类每题答对的概率均为,且各题答对与否互不影响.则小张同学至少答对2道题的概率为 .
[解析] 由题意可知,小张同学至少答对2道题的概率为P=·×+=+=.
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[小结]在求n重伯努利试验中事件恰好发生k次的概率时,首先要确定好n和k的值,再准确利用公式求概率.
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角度2.二项分布
例2 (2025·浙江省金华市义乌市·三模)某手机厂对屏幕进行两项独立检测:亮度检测通过率,色准检测通过率.产品需通过两项检测才算合格.随机抽取3件产品,设合格品数为X.
(1)求单件产品为合格品的概率;
(2)随机抽取3件产品,设合格品数为X,求随机变量X的分布列及数学期望;
(3)已知合格品利润100元/件,若改进工艺能使亮度检测通过率提升至,但每件成本增加1元.是否值得改进?
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(1)求单件产品为合格品的概率;
[解析] (1)设合格的概率为P,则P=P(亮度通过)×P(色准通过)=0.875×0.8=0.7.
20
(2)随机抽取3件产品,设合格品数为X,求随机变量X的分布列及数学期望;
[解析](2)X=0,1,2,3,易知X~B(3,0.7),
P(X=0)=×0.70×0.33=1×1×0.027=0.027,
P(X=1)=×0.71×0.32=3×0.7×0.09=0.189,
P(X=2)=×0.72×0.31=3×0.49×0.3=0.441,
P(X=3)=×0.73×0.30=1×0.343×1=0.343,
所以X的分布列为:
X 0 1 2 3
P 0.027 0.189 0.441 0.343
数学期望E(X)=n×p=3×0.7=2.1.
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(3)已知合格品利润100元/件,若改进工艺能使亮度检测通过率提升至,但每件成本增加1元.是否值得改进?
[解析](3)改进前:每件产品的合格概率p=0.7,
对于3件产品,期望合格数E(X)=2.1.
总期望利润=E(X)×100=2.1×100=210元.
改进后:每件产品的合格概率p'=0.72,对于3件产品,新的期望合格数E(X')=3×0.72=2.16.总期望利润=E(X')×100=2.16×100=216元.
净期望利润=216-3=213元.
改进前的期望利润是210元,改进后是213元,改进后利润增加了3元,
因此,值得改进.
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[小结](1)独立重复试验是在同样的条件下重复地、各次之间相互独立地进行的一种试验.在这种试验中,每一次试验只有两种结果,即某事件要么发生,要么不发生,并且任何一次试验中该事件发生的概率都是一样的.
(2)二项分布满足的条件:
①在每次试验中,事件发生的概率都是相同的;
②各次试验中的事件是相互独立的;
③每次试验只有两种结果,事件要么发生,要么不发生.
④随机变量是这n次独立重复试验中事件发生的次数.
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1.下列试验是n重伯努利试验的是( )
A.依次投掷四枚质地不同的硬币
B.某人射击,击中目标的概率是稳定的,他连续射击了10次
C.口袋中装有5个白球,3个红球,2个黑球,依次从中不放回地抽取5个球
D.小明做10道难度不同的数学单选题
B
[解析] A.由于试验的条件不同(硬币质地不同),因此不是n重伯努利试验.
B.某人射击,击中目标的概率是稳定的,因此是n重伯努利试验.
C.每次抽取,每种颜色出现的可能性不相等,因此不是n重伯努利试验.
D.10道题难度不同,每道题做对的概率也不同,因此不是n重伯努利试验.
故选B.
对应训练
24
2.经检测一批产品中每件产品的合格率为,现从这批产品中任取5件,设取得合格产品的件数为随机变量X,则以下结论正确的是( )
A.X的可能取值为1,2,3,4,5
B.P(X=2)=
C.X=3的概率最大
D.X服从超几何分布
C
[解析] 对于A,X的可能取值为0,1,2,3,4,5,故A错误;
对于BD,由题意,随机变量X~B,
所以P(X=2)=,故BD错误;
25
对于C,随机变量X~B,∴P(X=k)=··,若P(X=k)取得最大值时,则
即
则
解得2.6≤k≤3.6,k∈N*,则k=3.故X=3的概率最大,所以C正确.故选C.
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3.(2025高三·重庆·阶段考)某工厂的生产线上的产品按质量分为:一等品、二等品、三等品.质检员每次从生产线上任取2件产品进行抽检,若抽检出现三等品或2件都是二等品,则需要调整设备,否则不需要调整.已知该工厂某一条生产线上生产的产品每件为一等品、二等品、三等品的概率分别为0.9,0.05和0.05,且各件产品的质量情况互不影响.
(1)求在一次抽检后,设备不需要调整的概率;
(2)若质检员一天抽检3次,以X表示一天中需要调整设备的次数,求X的分布列和数学期望与方差.
27
(1)求在一次抽检后,设备不需要调整的概率;
[解析] (1)设Ai表示事件“在一次抽检中抽到的第i件产品为一等品”,i=1,2,
Bi表示事件“在一次抽检中抽到的第i件产品为二等品”,i=1,2,
C表示事件“一次抽检后,设备不需要调整”,则C=A1·A2+A1·B2+B1·A2.
由已知P(Ai)=0.9,P(Bi)=0.05,i=1,2,
∴所求的概率为P(C)=P(A1·A2)+P(A1·B2)+P(B1·A2)=0.92+2×0.9×0.05=0.9.
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(2)若质检员一天抽检3次,以X表示一天中需要调整设备的次数,求X的分布列和数学期望与方差.
[解析] (2)依题意有:随机变量X的可能取值为0,1,2,3,
由(1)知一次抽检后,设备需要调整的概率为p=P()=1-0.9=0.1,
依题意知X~B(3,0.1),
则P(X=k)=×0.1k×0.93-k,k=0,1,2,3,
故X的分布列为
X 0 1 2 3
P 0.729 0.243 0.027 0.001
所以E(X)=np=3×0.1=0.3.D(X)=np(1-p)=3×0.1×0.9=0.27.
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考点2 超几何分布
角度1.超几何分布及概率计算
例3 (1)(多选)下列随机变量中,服从超几何分布的有( )
A.在10件产品中有3件次品,一件一件地不放回地任意取出4件,取到的次品数X
B.从3台甲型彩电和2台乙型彩电中任取2台,所取的2台彩电中甲型彩电的台数X
C.一名学生骑自行车上学,途中有6个交通岗,此学生遇到红灯的次数X
D.从10名男生,5名女生中选3人参加植树活动,其中男生人数X
ABD
[解析] 依据超几何分布模型定义可知,试验必须是不放回地抽取n次,A,B,D中随机变量X服从超几何分布.而C中显然不能看作一个不放回抽样问题,故随机变量X不服从超几何分布.故选ABD.
30
(2)某竞赛小组共有13人,其中有6名女生,现从该竞赛小组中任选5人参加一项活动,用ξ表示这5人中女生的人数,则下列概率中等于的是( )
A.P(ξ=1) B.P(ξ≤1)
C.P(1≤ξ≤3) D.P(ξ≤2)
D
[解析] P(ξ≤2)=P(ξ=0)+P(ξ=1)+P(ξ=2)=.故选D.
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角度2.超几何分布的分布列
例4 甲、乙两位同学到校学生会竞聘同一岗位,进入最后面试环节.具体面试方案如下:甲、乙各自从5个问题中随机抽取3个问题,已知这5个问题中,甲能正确回答其中3个问题,而乙能正确回答每个问题的概率均为,甲、乙对每个问题的回答都相互独立,互不影响.
(1)设甲答对的问题个数为随机变量X,求X的分布列、数学期望和方差;
(2)请从数学期望和方差的角度分析,甲、乙两位同学,哪位同学竞聘成功的可能性更大?
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(1)设甲答对的问题个数为随机变量X,求X的分布列、数学期望和方差;
[解析] 由题意可知X的所有可能取值为1,2,3,则
P(X=1)==,P(X=2)===,P(X=3)==,
则X的分布列为
X 1 2 3
P
所以E(X)=1×+2×+3×=,
D(X)=×+×+×=,
33
(2)请从数学期望和方差的角度分析,甲、乙两位同学,哪位同学竞聘成功的可能性更大?
[解析](2)设乙答对的题数为Y,则Y的所有可能取值为0,1,2,3,
由题意可知Y~B,则E(Y)=3×=,
D(Y)=3××=,
因为E(X)=E(Y),D(X)<D(Y),
所以甲的方差小,甲比较稳定,
所以甲同学竞聘成功的可能性更大.
34
[小结](1)超几何分布描述的是不放回抽样问题,随机变量为抽到的某类个体的个数.超几何分布的特征是:
①考察对象分两类;②已知各类对象的个数;③从中抽取若干个个体,考查某类个体数X的概率分布.
(2)超几何分布主要用于抽检产品、摸不同类别的小球等概率模型,其本质是古典概型.
35
4.袋中装有大小和质地相同的5个白球,3个黑球.现在依次不放回地摸5个球,则摸出至少3个白球的概率为 .(结果用最简分数表示)
[解析] 由题,不放回地摸5个球,摸出至少3个白球,即白球数量为3,4,5,
则概率为P====.
对应训练
36
5.袋中有4个红球,m个黄球,n个绿球.现从中任取两个球,记取出的红球数为ξ,若取出的两个球都是红球的概率为,一红一黄的概率为,则m-n= ,E(ξ)= .
1
[解析] P(ξ=2)===⇒=36,所以m+n+4=9,
P(一红一黄)====⇒m=3,
所以n=2,则m-n=1.
由于P(ξ=2)=,P(ξ=1)===,P(ξ=0)===,
∴E(ξ)=×2+×1+×0=+=.
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6.某地区拟建立一个艺术博物馆,采取竞标的方式从多家建筑公司选取一家建筑公司,经过层层筛选,甲、乙两家建筑公司进入最后的招标.现从建筑设计院聘请专家设计了一个招标方案:两家公司从6个招标问题中随机抽取3个问题,已知这6个招标问题中,甲公司可正确回答其中4道题目,而乙公司能正确回答每道题目的概率均为,甲、乙两家公司对每题的回答都是相互独立,互不影响的.
(1)求甲、乙两家公司共答对2道题目的概率;
(2)设甲公司答对题数为随机变量X,求X的分布列、数学期望和方差.
38
(1)求甲、乙两家公司共答对2道题目的概率;
[解析] (1)记“甲、乙两家公司共答对2道题”的事件为A,它是“甲、乙各答对1道题”与“甲答对2题乙没答对题”的和事件,它们互斥,
则有P(A)=×+×=,
所以甲、乙两家公司共答对2道题目的概率是.
39
(2)设甲公司答对题数为随机变量X,求X的分布列、数学期望和方差.
[解析] (2)设甲公司答对题数为X,则X的取值分别为1,2,3,
P(X=1)==,P(X=2)==,P(X=3)==,
则X的分布列为
X 1 2 3
P
期望E(X)=1×+2×+3×=2,方差D(X)=(1-2)2×+(2-2)2×+(3-2)2×=.
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考点3 正态分布
角度1.正态分布的性质
例5 (1)已知随机变量X~N(μ1,),Y~N(μ2,),它们的分布密度曲线如下图所示,则下列说法中正确的是( )
A.μ1<μ2,<
B.μ1<μ2,>
C.μ1>μ2,<
D.μ1>μ2,>
B
[解析] 由图可得随机变量X的均值比随机变量Y的均值小,则μ1<μ2.又由图得,随机变量X的分布比随机变量Y的分布更加分散,则>.故选B.
41
(2)(多选)若随机变量X~N(μ,σ2),则( )
A.X的密度曲线与y轴只有一个交点
B.X的密度曲线关于x=σ对称
C.2P(X>μ+3σ)=P(|X-μ|>3σ)
D.若Y=,则E(Y)=0,D(Y)=1
ACD
[解析] 若X~N(μ,σ2),则其密度函数f(x)=,因此X的密度曲线与y轴只
有一个交点,故A正确;X的密度曲线关于直线x=μ对称,故B错误;
P(|X-μ|>3σ)=P(X<μ-3σ)+P(X>μ+3σ)=2P(X>μ+3σ),故C正确;E(Y)==0,D(Y)=D(X)=1,故D正确.故选ACD.
42
[小结]利用对称性把待求区间内的概率向已知区间内的概率转化.
43
角度2.正态分布的应用
例6 (2025年江西省萍乡市三模)某数学研究小组对一家商铺进行了研究分析,发现每日客流量X服从正态分布,其密度函数峰值为,均值为100,且商铺规定消费一次可以获得不同数量的积分:获得1分的概率为,获得2分的概率为,获得3分的概率为.每次消费获取积分相互独立.
(1)求P(55<X<70);
(2)记某顾客消费两次累计获得的积分为Z,求Z的分布列与期望.
附:正态密度函数f(x)=,其中μ为均值,σ为标准差.
P(μ-σ<X<μ+σ)=0.6827,P(μ-2σ<X<μ+2σ)=0.9545,P(μ-3σ<X<μ+3σ)=0.9973.
44
(1)求P(55<X<70);
[解析] (1)由于f(x)=≤f(μ)=,所以σ=15,所以X~N(100,152).
那么P(55<X<70)=P(55<X<145)-P(70<X<130)==0.0214.
45
(2)记某顾客消费两次累计获得的积分为Z,求Z的分布列与期望.
附:正态密度函数f(x)=,其中μ为均值,σ为标准差.
P(μ-σ<X<μ+σ)=0.6827,P(μ-2σ<X<μ+2σ)=0.9545,P(μ-3σ<X<μ+3σ)=0.9973.
[解析] (2)依题意,Z的所有可能取值为2,3,4,5,6.
P(Z=2)==,
P(Z=3)=2××=,
P(Z=4)=+2××=,
46
P(Z=5)=2××=,
P(Z=6)==.
所以Z的分布列为
Z 2 3 4 5 6
P
期望E(Z)=2×+3×+4×+5×+6×=3.4.
47
[小结](1)利用正态分布求概率问题时,要注意把给出的区间或范围与参数μ,σ进行对比联系,确定它们属于[μ-σ,μ+σ],[μ-2σ,μ+2σ],[μ-3σ,μ+3σ]中的哪一个.
(2)利用正态分布密度曲线的对称性研究相关概率问题,涉及的知识主要是正态曲线关于直线x=μ对称.注意下面两个结论的活用:P(X<a)=1-P(X≥a);P(X<μ-a)=P(X>μ+a).
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7.(2025·天津)(多选)下列说法中正确的是( )
A.若X~N(μ,σ2),则P(X≤μ-σ)=P(X≥μ+σ)
B.若X~N(1,22),Y~N(2,22),则P(X<1)<P(Y<2)
C.|r|越接近1,相关性越强
D.|r|越接近0,相关性越弱
ACD
[解析] 对于A:根据正态分布对称性可知,P(X≤μ-σ)=P(X≥μ+σ),故A正确;
对于B:根据正态分布对称性可知,P(X<1)=P(Y<2)=0.5,故B错误;
对于C,D:相关系数|r|越接近0,相关性越弱,越接近1,相关性越强,故C,D正确.
故选ACD.
对应训练
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8.某企业监控汽车零件的生产过程,现从汽车零件中随机抽取100件作为样本,测得质量差(零件质量与标准质量之差的绝对值)的样本数据如下表:
质量差(单位:mg) 54 57 60 63 66
件数(单位:件) 5 21 46 25 3
(1)求样本的平均数;假设零件的质量差X~N(μ,σ2),其中σ2=16,用作为μ的近似值,求P的值;
(2)已知该企业共有两条生产汽车零件的生产线,其中全部零件的来自第1条生产线.若两条生产线的废品率分别为0.016和0.012,且这两条生产线是否产出废品是相互独立的.现从该企业生产的汽车零件中随机抽取一件.
(ⅰ)求抽取的零件为废品的概率;
(ⅱ)若抽取出的零件为废品,求该废品来自第1条生产线的概率.
参考数据:若随机变量X~N(μ,σ2),则P(μ-σ≤X≤μ+σ)≈0.6827,P(μ-2σ≤X≤μ+2σ)≈0.9545,P(μ-3σ≤X≤μ+3σ)≈0.9973.
50
(1)求样本的平均数;假设零件的质量差X~N(μ,σ2),其中σ2=16,用作为μ的近似值,求P的值;
[解析] (1)由题意可知=×(54×5+57×21+60×46+63×25+66×3)=60,
则X~N(60,16),
所以P(56<X<68)=P(60-4<X<60+4×2)
=P(μ-σ≤X≤μ+σ)+P(μ-2σ≤X≤μ+2σ)
≈×0.6827+×0.9545=0.8186.
51
(2)已知该企业共有两条生产汽车零件的生产线,其中全部零件的来自第1条生产线.若两条生产线的废品率分别为0.016和0.012,且这两条生产线是否产出废品是相互独立的.现从该企业生产的汽车零件中随机抽取一件.
(ⅰ)求抽取的零件为废品的概率;
[解析] (2)(ⅰ)设事件A表示“随机抽取一件该企业生产的零件为废品”,
事件B1表示“随机抽取一件零件为第1条生产线生产”,
事件B2表示“随机抽取一件零件为第2条生产线生产”,
则P(B1)=,P(B2)=,P(A|B1)=0.016,P(A|B2)=0.012,
所以P(A)=P(B1)P(A|B1)+P(B2)P(A|B2)=×0.016+×0.012=0.015.
52
(ⅱ)若抽取出的零件为废品,求该废品来自第1条生产线的概率.
参考数据:若随机变量X~N(μ,σ2),则P(μ-σ≤X≤μ+σ)≈0.6827,P(μ-2σ≤X≤μ+2σ)≈0.9545,P(μ-3σ≤X≤μ+3σ)≈0.9973.
[解析] (ⅱ)因为P(AB1)=P(A|B1)P(B1)=0.016×=0.012,
所以P(B1|A)===0.8.
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