6.3.2 离散型随机变量的方差(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中数学选择性必修第一册(北师大版)
2026-10-14
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教辅
摘要:
该高中数学课件聚焦离散型随机变量的方差与标准差,通过甲、乙工人生产次品数分布列的情境导入,引导学生发现均值相同下的稳定性差异,衔接均值知识,搭建从具体问题到抽象概念的学习支架。
其亮点在于以数学抽象构建方差定义,通过数学建模解决生产、材料、投资等实际问题,结合数学运算强化计算步骤。通性通法总结与分层训练结合,如建筑材料抗拉强度比较实例,培养学生数据分析与模型意识,助力教师系统教学与学生能力提升。
内容正文:
§3 离散型随机变量的均值与方差
3.2 离散型随机变量的方差
第六章 概率
1
课标
要求 1.通过具体实例,理解离散型随机变量的方差及标准差的概念(数学抽象).
2.能计算简单离散型随机变量的方差,并能解决一些实际问题(数学建模、数学运算).
目 录
CONTENTS
基础落实
典例研析
课时作业
基础落实 >>
目录
4
甲、乙两名工人生产同一种产品,在相同的条件下,他们生产100件
产品中次品数分别用X,Y表示,X,Y的分布列如下:
次品数X 0 1 2 3
P 0.7 0.2 0.06 0.04
次品数Y 0 1 2 3
P 0.8 0.06 0.04 0.10
【问题】 如何比较甲、乙两人的技术水平?
数学·选择性必修第一册 (BSD)
目录
知识点 离散型随机变量的方差与标准差
1. 方差的定义
若离散型随机变量X的分布列如下表:
X x1 x2 … xi … xn
P p1 p2 … pi … pn
则称DX=E(X-EX)2= 为随机变量X的方差,方差
反映了随机变量的取值偏离于均值的 .
(xi-EX)2pi
平均程度
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2. 标准差
称DX的算术平方根 为随机变量X的标准差,记作σX.
提醒:随机变量的方差和标准差都可以度量随机变量取值与其均值的偏离
程度,反映了随机变量取值的离散程度.方差或标准差越小,随机变量的
取值越集中;方差或标准差越大,随机变量的取值越分散.
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1. 判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)离散型随机变量的方差越大,随机变量越稳定. ( × )
(2)若a是常数,则Da=0. ( √ )
(3)离散型随机变量的方差反映了随机变量的取值偏离于均值的平均程
度. ( √ )
(4)若a,b为常数,则=a. ( × )
×
√
√
×
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2. 有甲、乙两种水稻,测得每种水稻各10株的分蘖数据,计算出样本均值
EX甲=EX乙,方差分别为DX甲=11,DX乙=3.4.由此可以估计( )
A. 甲种水稻比乙种水稻分蘖整齐
B. 乙种水稻比甲种水稻分蘖整齐
C. 甲、乙两种水稻分蘖整齐程度相同
D. 甲、乙两种水稻分蘖整齐程度不能比较
√
解析: 由EX甲=EX乙,DX甲>DX乙知B正确.
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3. 已知随机变量X的分布列如下,则DX=( )
X 1 2 3
P
A. B. 1 C. D.
√
解析: 由题意得EX=1×+2×+3×=,所以DX=(1-)2×
+(2-)2×+(3-)2×=.故选C.
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4. 已知随机变量X,DX=,则X的标准差为 .
解析:X的标准差==.
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典例研析>>
目录
12
题型一 求离散型随机变量的方差
某旅游公司为三个旅游团提供了a,b,c,d四条旅游线路,每个旅游
团可任选其中一条线路,求选择a线路的旅游团数X的均值EX和方差DX.
解:由题意知X的可能取值有0,1,2,3,
则P(X=0)==,P(X=1)==,
P(X=2)==,P(X=3)==.
所以X的分布列为
X 0 1 2 3
P
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故EX=0×+1×+2×+3×=,
DX=(0-)2×+(1-)2×+(2-)2×+(3-)2×=
×+×+×+×=.
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通性通法
1. 求离散型随机变量方差的步骤
(1)理解随机变量X的意义,写出X的所有取值;
(2)求出X取每个值的概率;
(3)写出X的分布列;
(4)计算EX;
(5)计算DX.
2. 线性关系的方差计算:若η=aξ+b,则Dη=a2Dξ.
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1. 设随机变量X的分布列如下表所示,若EX=,则DX=( )
X 1 2 3
P x y
A. B. C. D.
√
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解析: 由随机变量分布列的性质得x+y=,由EX=,得1×+2x+
3y=,解得x=,y=.∴DX=×+×+
×=.
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2. 已知随机变量ξ的分布列如下表:
ξ -1 0 1
P
(1)求Eξ,Dξ,;
解: Eξ=(-1)×+0×+1×=-,Dξ=×+
×+×=,=.
(2)设η=2ξ+3,求Eη,Dη.
解: Eη=2Eξ+3=,Dη=4Dξ=.
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题型二 方差的实际应用
有甲、乙两种建筑材料,从中各取等量样品检查它们的抗拉强度结果
如下:
X 110 120 125 130 135
P 0.1 0.2 0.4 0.1 0.2
Y 100 115 125 130 145
P 0.1 0.2 0.4 0.1 0.2
其中,X,Y分别表示甲、乙两种材料的抗拉强度,在使用时要求抗拉强度
不低于120,试比较甲、乙两种建筑材料的稳定程度(哪一个的稳定性较
好).
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解:EX=110×0.1+120×0.2+125×0.4+130×0.1+135×0.2=125.
EY=100×0.1+115×0.2+125×0.4+130×0.1+145×0.2=125.
DX=0.1×(110-125)2+0.2×(120-125)2+0.4×(125-125)2+
0.1×(130-125)2+0.2×(135-125)2=50.
DY=0.1×(100-125)2+0.2×(115-125)2+0.4×(125-125)2+
0.1×(130-125)2+0.2×(145-125)2=165.
由此可得EX=EY,DX<DY,
故两种材料的抗拉强度的平均值相等,其稳定程度材料乙明显不如材料
甲,即甲种材料的稳定性好.
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通性通法
利用均值和方差的意义解决实际问题的步骤
(1)比较均值:离散型随机变量的均值反映了离散型随机变量取值的
平均水平,因此,在实际决策问题中,需先计算均值,看一下谁的平
均水平高;
(2)在均值相等的情况下计算方差:方差反映了离散型随机变量取值的
稳定与波动、集中与离散的程度.通过计算方差,分析一下谁的水平发挥
相对稳定;
(3)下结论:依据均值和方差的意义得出结论.
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已知甲、乙两名射手每次射击击中的环数均大于6环,且甲击中10,9,
8,7环的概率分别为0.5,3a,a,0.1,乙击中10,9,8环的概率分别为
0.3,0.3,0.2,甲、乙射击结果互不影响.记甲、乙两名射手在一次射击
中的环数分别为ξ,η.
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(1)求ξ,η的分布列;
解: 依题意,有0.5+3a+a+0.1=1,解得a=0.1.
因为乙击中10,9,8环的概率分别为0.3,0.3,0.2,所以乙击中7环的概
率为1-(0.3+0.3+0.2)=0.2,所以ξ,η的分布列分别为
ξ 10 9 8 7
P 0.5 0.3 0.1 0.1
η 10 9 8 7
P 0.3 0.3 0.2 0.2
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(2)求ξ,η的数学期望与方差,并比较甲、乙两名射手的射击技术.
解: 由(1)可得Eξ=10×0.5+9×0.3+8×0.1+7×0.1=9.2,
Eη=10×0.3+9×0.3+8×0.2+7×0.2=8.7,
Dξ=(10-9.2)2×0.5+(9-9.2)2×0.3+(8-9.2)2×0.1+(7-
9.2)2×0.1=0.96,
Dη=(10-8.7)2×0.3+(9-8.7)2×0.3+(8-8.7)2×0.2+(7-
8.7)2×0.2=1.21.
由于Eξ>Eη,说明甲平均击中的环数比乙高,又Dξ<Dη,说明甲击中的
环数比乙集中,比较稳定,所以甲比乙的射击技术好.
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题型三 分布列、均值、方差的综合应用
甲、乙两人进行定点投篮游戏,投篮者若投中,则继续投篮,否则由
对方投篮;第一次由甲投篮,已知每次投篮甲、乙命中的概率分别为、.
(1)求第三次由乙投篮的概率;
解: P=×+×=.
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(2)在前3次投篮中,乙投篮的次数为X,求X的分布列、均值及标准差.
解: 由题意,得X的所有可能取值为0,1,2,
P(X=0)=×=.
P(X=1)=×+×=,
P(X=2)=×=.
故X的分布列为
X 0 1 2
P
EX=0×+1×+2×=,
DX=×+×+×=.∴σX==.
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通性通法
处理综合问题的方法
第一步:确定事件间的关系,是互斥、对立还是相互独立;
第二步:要依据事件间的关系,选择相应的概率公式,计算相应事件
的概率;
第三步:列分布列,并计算均值及方差.
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某投资公司对以下两个项目进行前期市场调研.项目A:通信设备.根据调
研,投资到该项目上,所有可能结果为获利40%、亏损20%、不赔不赚,
且这三种情况发生的概率分别为,,a.项目B:新能源汽车.根据调研,
投资到该项目上,所有可能结果为获利30%、亏损10%,且这两种情况发
生的概率分别为b,c.经测算,当投入A,B两个项目的资金相等时,它们
所获得的平均收益(即均值)也相等.
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(1)求a,b,c的值;
解: 依题意得,++a=1,解得a=.
设投资到项目A,B的资金都为x万元,变量X1和X2分别表示投资项目A和B
所获得的利润,
则X1和X2的分布列分别为
X1 0.4x -0.2x 0
P
X2 0.3x -0.1x
P b c
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所以EX1=0.4x×+(-0.2x)×+0×=0.2x,
EX2=0.3bx-0.1cx,
因为EX1=EX2,
所以0.3bx-0.1cx=0.2x,
即0.3b-0.1c=0.2. ①
又b+c=1, ②
由①②,解得b=,c=,
所以a=,b=,c=.
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(2)若将100万元全部投资其中一个项目,请你从投资回报稳定性的角度
考虑,为投资公司选择一个合理的项目,并说明理由.
解: 选择项目B. 理由如下:
当投入100万元资金时,由(1)知x=100,
所以EX1=EX2=20,
DX1=(40-20)2×+(-20-20)2×+(0-20)2×=600,
DX2=(30-20)2×+(-10-20)2×=300.
所以EX1=EX2,DX1>DX2,说明虽然项目A和项目B的平均收益相等,但
项目B更稳妥,所以从投资回报稳定性的角度考虑,建议该投资公司选择
项目B.
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1. 设随机试验的结果只有A发生和A不发生,且P(A)=m,令随机变量X
=则X的方差DX=( )
A. m B. 2m(1-m)
C. m(m-1) D. m(1-m)
√
解析: 由题意得X服从两点分布,P(X=1)=m,P(X=0)=1-
m,所以DX=m(1-m).
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2. 若X是离散型随机变量,P(X=x1)=,P(X=x2)=,且x1<x2,若
EX=,DX=,则x1+x2=( )
A. B. C. 3 D.
√
解析: ∵EX=x1+x2=,∴x2=4-2x1.又DX=×+
×=,x1<x2,∴x1=1,x2=2,∴x1+x2=3.
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3. 〔多选〕下列说法中错误的是( )
A. 离散型随机变量X的均值EX反映了X取值的概率的平均值
B. 离散型随机变量X的方差DX反映了X取值的平均水平
C. 离散型随机变量X的均值EX反映了X取值的平均水平
D. 离散型随机变量X的方差DX反映了X取值的概率的平均值
√
√
√
解析: EX反映了X取值的平均水平,DX反映了X取值的离散程度.
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4. 已知随机变量X,且D(10X)=,则X的标准差为 .
解析:由题意可知D(10X)=,即100DX=,∴DX=,∴=.
即X的标准差为.
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5. 随机变量ξ的取值为0,1,2.若P(ξ=0)=,Eξ=1,则Dξ= .
解析:设P(ξ=1)=a,P(ξ=2)=b,则解得
所以Dξ=1×+×0+×1=.
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课时作业 >>
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37
1. 若随机变量ξ的分布列为:
ξ -1 0 1
P 0.5 0.3 0.2
则=( )
A. B.
C. D.
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√
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解析: 由题意,得Eξ=(-1)×0.5+0×0.3+1×0.2=-0.3,则Dξ
=(-1+0.3)2×0.5+(0+0.3)2×0.3+(1+0.3)2×0.2=0.61,
=.
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2. 已知随机变量X的分布列如下:
X 0 1 3
P a
则X的方差DX=( )
A. 1 B. 2
√
C. 3 D. 9
解析: 由分布列的性质可知,++a=1,所以a=,所以EX=0×
+1×+3×=1,DX=(0-1)2×+(1-1)2×+(3-1)2×=1.
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目录
3. 已知下表为离散型随机变量X的分布列,则P(X≥DX)=( )
X 0 1 2 3
P
A. B.
C. D.
√
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解析: 由题意得EX=0×+1×+2×+3×=2,DX=(0-2)
2×+(1-2)2×+(2-2)2×+(3-2)2×=1,故P(X≥DX)
=P(X≥1)=1-P(X=0)=.
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4. 已知随机变量X的分布列为P(X=k)=,k=1,2,3,则D(3X+5)
=( )
A. 6 B. 9
C. 3 D. 4
√
解析: EX=1×+2×+3×=2,∴DX=×[(1-2)2+(2-2)2
+(3-2)2]=,∴D(3X+5)=9DX=9×=6.
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5. 〔多选〕若随机变量X服从两点分布,其中P(X=0)=,EX,DX分
别为随机变量X的均值与方差,则下列结论正确的是( )
A. P(X=1)=EX B. E(4X+1)=4
C. DX= D. D(4X+1)=4
√
√
√
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解析: 因为随机变量X服从两点分布,且P(X=0)=,所以P(X
=1)=,EX=0×+1×=,所以P(X=1)=EX,故A正确;E(4X
+1)=4EX+1=4×+1=4,故B正确;DX=×+×
=,故C正确;D(4X+1)=42DX=16×=3,故D不正确.故选A、
B、C.
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6. 〔多选〕已知随机变量ξ满足P(ξ=0)=,P(ξ=1)=x,P(ξ=2)
=-x.若0<x<,则( )
A. Eξ随着x的增大而增大
B. Eξ随着x的增大而减小
C. Dξ随着x的增大而增大
D. Dξ随着x的增大而减小
√
√
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解析: ∵随机变量ξ满足P(ξ=0)=,P(ξ=1)=x,P(ξ=2)=
-x,0<x<,∴Eξ=x+-2x=-x,Dξ=(0-+x)2×+(1-+
x)2×x+(2-+x)2×(-x)=-x2-x+=-(x+)2+,∴Eξ
随着x的增大而减小,Dξ随着x的增大而减小.故选B、D.
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7. 若事件在一次试验中发生次数的方差等于0.25,则该事件在一次试验中
发生的概率为 .
解析:在一次试验中发生次数记为ξ,则ξ服从两点分布,则Dξ=p(1-
p),所以p(1-p)=0.25,解得p=0.5.
0.5
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8. 已知离散型随机变量X的可能取值为x1=-1,x2=0,x3=1,且EX=
0.1,DX=0.89,则对应x1,x2,x3的概率p1,p2,p3分别
为 , , .
解析:由题意知,-p1+p3=0.1,1.21p1+0.01p2+0.81p3=0.89.又p1+
p2+p3=1,解得p1=0.4,p2=0.1,p3=0.5.
0.4
0.1
0.5
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9. 已知盒子中装有n(n>1,n∈N+)个一等品和2个二等品,从中任取2
个产品(取到每个产品都是等可能的),用随机变量X表示取到一等品的
个数,X的分布列如下表所示,则DX= .
X 0 1 2
P a b
解析:由分布列可得a+b=,P(X=1)==,所以n=2,又P(X
=0)===a,所以b=,进而可得EX=+2b=1,故DX=(0-1)
2a+(1-1)2×+(2-1)2b=a+b=.
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10. 甲、乙两个野生动物保护区有相同的自然环境,且野生动物的种类和
数量也大致相等.两个保护区内每个季度发现违反保护条例的事件次数的
分布列分别为:
甲保护区:
X 0 1 2 3
P 0.3 0.3 0.2 0.2
乙保护区:
Y 0 1 2
P 0.1 0.5 0.4
试评定这两个保护区的管理水平.
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目录
解:甲保护区的违规次数X的均值和方差分别为:
EX=0×0.3+1×0.3+2×0.2+3×0.2=1.3,
DX=(0-1.3)2×0.3+(1-1.3)2×0.3+(2-1.3)2×0.2+(3-
1.3)2×0.2=1.21.
乙保护区的违规次数Y的均值和方差分别为:
EY=0×0.1+1×0.5+2×0.4=1.3,
DY=(0-1.3)2×0.1+(1-1.3)2×0.5+(2-1.3)2×0.4=0.41.
因为EX=EY,DX>DY,所以两个保护区内每季度发生的平均违规次数是
相同的,但乙保护区内的违规事件次数更集中和稳定,而甲保护区的违规
事件次数相对分散,故乙保护区的管理水平较高.
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目录
11. 编号为1,2,3的3位同学随意入座编号为1,2,3的3个座位,每位同
学坐一个座位,设与座位编号相同的学生人数是X,则X的方差为( )
A. B.
√
C. D. 1
解析: 由题意得X的可能取值为0,1,3,P(X=0)==,P(X=
1)==,P(X=3)==,∴EX=0×+1×+3×=1,∴DX=
(0-1)2×+(1-1)2×+(3-1)2×=1.故选D.
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12. 〔多选〕已知离散型随机变量X的分布列为( )
X 0 5 10
P m n
其中m>0,n>0,则下列选项正确的有( )
A. m+n=
B. 若m<n,则椭圆m2x2+n2y2=1的长轴长为2n
C. 若均值EX=4,则双曲线-=1的渐近线方程为y=±x
D. 若均值EX=4,则方差DX=19
√
√
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解析: 对于选项A,由分布列的性质可得m+n=,所以A正确;对
于选项B,若m<n 则椭圆m2x2+n2y2=1的长轴长为,所以B不正确;对于
选项C,EX=5m+10n=4,又m+n=,所以m=,n=,所以双曲线
-=1的渐近线方程为y=±x=±x,所以C正确;对于选项D,DX=
(0-4)2×+(5-4)2×+(10-4)2×=19,所以D正确.
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13. 已知离散型随机变量X的分布列如下表,若EX=0,DX=1,则a
= ,b= .
X -1 0 1 2
P a b c
解析:由题意知解得
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14. 已知A,B两个投资项目的利润率分别为随机变量X1和X2.根据市场分
析,X1和X2的分布列如下.
X1 5% 10%
P 0.8 0.2
X2 2% 8% 12%
P 0.2 0.5 0.3
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(1)在A,B两个项目上各投资100万元,Y1和Y2分别表示投资项目A和B所
获得的利润,求DY1和DY2;
解: EY1=5%×100×0.8+10%×100×0.2=6,
DY1=(5%×100-6)2×0.8+(10%×100-6)2×0.2=4.
EY2=2%×100×0.2+8%×100×0.5+12%×100×0.3=8,
DY2=(2%×100-8)2×0.2+(8%×100-8)2×0.5+(12%×100-
8)2×0.3=12.
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(2)用x(0≤x≤100)万元投资A项目,(100-x)万元投资B项目,f
(x)表示投资A项目所得利润的方差与投资B项目所得利润的方差之和,
求f(x)的最小值,并求出此时x的值.
解: f(x)=D(Y1)+D(Y2)=()2DY1+()
2DY2=[x2+3(100-x)2]=(4x2-600x+3×1002).
当x=75时,f(x)取得最小值,最小值为3.
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