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4.2 二项分布

随机变量及其分布 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 在 $n$ 次独立重复试验中,事件 $A$ 恰好发生 $k$ 次的概率分布,记为 $X \sim B(n, p)$。

从哪来 本知识点建立在 3.2 组合数(用于计算 $n$ 次试验中成功 $k$ 次的不同排列方式)和 5.1 独立事件的定义(确保每次试验概率独立且互不影响,从而使用乘法原理)之上。

为什么 二项分布的本质是“固定成功次数,不关心成功顺序”。 1. 为什么有 $C_n^k$? 因为 $n$ 次试验中,只要成功 $k$ 次,这 $k$ 次成功可以出现在任意位置(如第1、3、5次或第2、4、6次等),共有 $C_n^k$ 种不同的位置组合。 2. 为什么是 $p^k(1-p)^{n-k}$? 根据独立事件乘法原理,每次成功概率为 $p$,失败概率为 $1-p$。特定的一种成功/失败序列(如“成、败、成”)的概率是 $p \cdot (1-p) \cdot p$。 3. 为什么相加? 因为不同的位置组合(如“成成败”和“败成成”)是互斥事件,求“恰好成功 $k$ 次”的总概率,需将所有 $C_n^k$ 种互斥情况概率相加。 综上,$P(X=k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k}$。

讲法
适合:逻辑抽象能力强、喜欢推导原理的学生 讲法:从“排列组合”角度切入。 先问:抛3次硬币,恰好2次正面,有哪些情况?(正正负、正负正、负正正)。 指出这3种情况互斥,且每种情况概率相同($p^2(1-p)$)。 强调:我们只关心“结果”(2次正面),不关心“过程”(哪几次是正面)。 因此,概率 = (有多少种过程)×(每种过程的概率)= $C_3^2 \cdot p^2(1-p)$。 核心逻辑:$C_n^k$ 是“路径数”,$p^k(1-p)^{n-k}$ 是“单条路径概率”。
讲法
适合:形象思维强、喜欢生活实例的学生 讲法:从“投篮”场景切入。 假设你投10个球,命中率 $p=0.5$。 问:恰好投进6个的概率是多少? 学生直觉:可能是前6个进后4个不进,也可能是后6个进前4个不进…… 引导:不管哪个球进,只要总共6个进就行。 类比:从10个位置里选6个位置放“进”,剩下4个放“不进”。 选法有 $C_{10}^6$ 种。 每种选法的概率都是 $0.5^6 \times 0.5^4$。 所以总概率是 $C_{10}^6 \times 0.5^{10}$。 核心逻辑:把“随机事件”转化为“位置选择问题”。
讲法
适合:计算能力强、喜欢公式记忆的学生 讲法:从“公式结构”角度切入。 直接给出公式 $P(X=k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k}$,并拆解记忆口诀: - $C_n^k$:选位置(从 $n$ 次里选 $k$ 次成功) - $p^k$:成功的概率乘 $k$ 次 - $(1-p)^{n-k}$:失败的概率乘 $n-k$ 次 强调:$k$ 是“成功次数”,$n-k$ 是“失败次数”,指数必须对应。 通过对比 $k=0, 1, n$ 的特例,验证公式合理性。 核心逻辑:公式是“位置选择”与“概率乘积”的标准化表达。
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练一道
基础题
某射手每次射击命中目标的概率为 $0.8$,相互独立。若射击3次,求恰好命中2次的概率。
变式
某工厂生产零件,合格率为 $0.9$。现随机抽取5件,求至少有4件合格的概率。
试试手自己判
检测题
抛掷一枚质地均匀的硬币5次,求正面朝上次数为奇数的概率。
看答案和判分标准
答案:设 $X$ 为正面朝上次数,$X \sim B(5, 0.5)$。 正面朝上次数为奇数,即 $X=1, 3, 5$。 $P(X \text{为奇数}) = P(X=1) + P(X=3) + P(X=5)$ $= C_5^1 (0.5)^1 (0.5)^4 + C_5^3 (0.5)^3 (0.5)^2 + C_5^5 (0.5)^5 (0.5)^0$ $= 5 \cdot (0.5)^5 + 10 \cdot (0.5)^5 + 1 \cdot (0.5)^5$ $= (5 + 10 + 1) \cdot (0.5)^5$ $= 16 \cdot \frac{1}{32}$ $= 0.5$
判对标准:
1. 正确识别 $n=5, p=0.5$。
2. 正确分解“奇数次”为 $X=1, 3, 5$ 三种互斥情况。
3. 正确计算各项概率并求和。
4. 最终结果为 $0.5$ 或 $\frac{1}{2}$。
(注:若学生使用对称性论证“5次抛掷中正面奇数次与偶数次概率相等,故为0.5”,且逻辑清晰,也可判对,但需说明依据。)
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