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6.2 分布的应用

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 利用二项分布模型,解决“n次独立重复试验中成功次数”的概率计算与期望方差问题。

从哪来 基于 3.2 组合数 确定特定成功序列的排列方式,以及 5.1 独立事件的定义 保证各次试验结果互不影响且概率恒定。

为什么 二项分布的本质是“独立重复”与“分类计数”的结合。 1. 独立性(来自5.1):第 $i$ 次试验的结果不影响第 $j$ 次,因此 $k$ 次成功和 $n-k$ 次失败的概率相乘即为 $p^k(1-p)^{n-k}$。 2. 组合数(来自3.2):这 $k$ 次成功可以出现在 $n$ 次试验中的任意位置,共有 $C_n^k$ 种不同的排列顺序。 3. 互斥性:不同的排列顺序(如“成成失”与“成失成”)是互斥事件,故将 $C_n^k$ 种情况的概率相加,得到 $P(X=k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k}$。

讲法
适合:逻辑推导型、喜欢从原理出发的学生 讲法:从“抛硬币”到“通用公式” 1. 先回顾抛3次硬币,正面朝上2次的概率。 2. 列举所有情况:正正负、正负正、负正正。 3. 指出每种情况概率都是 $p^2(1-p)$,共有3种(即 $C_3^2$)。 4. 推广到 $n$ 次:只要每次独立且概率不变,成功 $k$ 次的概率就是 $C_n^k p^k (1-p)^{n-k}$。 5. 强调:$C_n^k$ 是“位置的选择”,$p^k(1-p)^{n-k}$ 是“单次序列的概率”。
讲法
适合:直观形象型、对抽象公式抗拒的学生 讲法:工厂质检模型 1. 设定场景:工厂生产零件,每个零件次品率 $p=0.1$,独立生产。 2. 问:生产10个,恰好有2个次品的概率? 3. 拆解: - 第一步:哪2个是次品?从10个位置选2个,有 $C_{10}^2$ 种选法。 - 第二步:选定的2个必须是次品($0.1 \times 0.1$),剩下的8个必须是正品($0.9^8$)。 - 第三步:把所有可能的“哪2个坏”的情况加起来。 4. 结论:这就是二项分布,它把“位置选择”和“概率计算”分开了。
讲法
适合:应试技巧型、追求解题速度的学生 讲法:识别特征与公式套用 1. 给出二项分布 $X \sim B(n, p)$ 的三个识别特征: - 试验次数 $n$ 固定。 - 每次只有两种结果(成功/失败)。 - 每次成功概率 $p$ 相同且相互独立。 2. 直接给出公式:$P(X=k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k}$。 3. 给出期望 $E(X) = np$ 和方差 $D(X) = np(1-p)$。 4. 强调:看到“独立重复”、“恰好k次”、“概率不变”等关键词,直接套公式,不要列举。
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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 $0.8$,且各次射击相互独立。若该射手射击3次,求恰好命中2次的概率。
变式
某工厂生产某种产品,每件产品的合格率为 $0.9$。现随机抽取5件产品,求其中至少有4件是合格品的概率。
试试手自己判
检测题
一个袋子里有3个红球和2个白球,每次从中随机取出一个球,记录颜色后放回,再摇匀。连续取3次,求恰好有2次取到红球的概率。
看答案和判分标准
答案:设取到红球的次数为 $X$。 每次取到红球的概率 $p = \frac{3}{3+2} = 0.6$。 因为是“放回”抽取,所以各次试验相互独立,且概率不变,符合二项分布 $X \sim B(3, 0.6)$。 $$P(X=2) = C_3^2 \times (0.6)^2 \times (0.4)^1$$ $$P(X=2) = 3 \times 0.36 \times 0.4 = 0.432$$
判对标准:
1. 识别出“放回”意味着独立重复试验,符合二项分布模型(2分)。
2. 正确计算单次成功概率 $p=0.6$(1分)。
3. 正确应用公式 $C_3^2 p^2 (1-p)^1$(2分)。
4. 计算结果准确为 $0.432$(1分)。
*若学生使用超几何分布(不放回模型)计算,则判错,因为题目明确“放回”。
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