‹ 回去

4. 几何概型

概率与统计 · 高三
讲清楚它是什么

定义 在无限样本空间中,事件概率由几何度量(长度、面积、体积)之比确定的概率模型。

从哪来 本节为起点,无前置知识点记录。

为什么 传统古典概型要求样本点有限且等可能,但现实问题(如“随机投点”)中样本点是连续的、无限的。 若强行用“有利样本点数/总样本点数”计算,分母为无穷大,无意义。 因此,必须引入“测度”(长度、面积、体积)作为衡量样本空间大小的标准。 核心逻辑是:在均匀分布假设下,概率与占据的几何空间大小成正比。 即 $P(A) = \frac{\text{构成事件A的几何区域度量}}{\text{全部样本空间几何区域度量}}$。 这解决了无限样本空间下的概率计算问题,是概率论从离散走向连续的关键桥梁。

直观类比法** 适合**形象思维强、对抽象公式抗拒**的学生。 **操作
1. 拿出一个正方形纸片(代表样本空间 $\Omega$),涂黑一个三角形区域(代表事件 $A$)。 2. 问学生:“如果闭眼随机扔飞镖,落在黑色区域的概率是多少?” 3. 学生直觉会说“看黑色占多大块”。 4. 引导:既然看“块头”,那就是看面积。 5. 结论:概率 = 黑面积 / 总面积。 要点:强调“均匀性”,即纸片质地均匀,没有哪部分更容易被击中。
极限逼近法** 适合**逻辑严密、喜欢推导、有微积分基础**的学生。 **操作
1. 回顾古典概型:$P = \frac{m}{n}$。 2. 设样本空间为线段 $[0,1]$,将其 $n$ 等分。 3. 事件 $A$ 为区间 $[0, a]$。 4. 当 $n \to \infty$ 时,落在 $A$ 中的小段数量 $m \approx n \cdot a$。 5. $P = \lim_{n \to \infty} \frac{m}{n} = \lim_{n \to \infty} \frac{n \cdot a}{n} = a$。 6. 而 $a$ 正是区间 $[0, a]$ 的长度。 要点:展示几何概型是古典概型在样本空间连续化后的极限形式,揭示本质。
几何建模法** 适合**空间想象力好、擅长解析几何**的学生。 **操作
1. 给出问题:“两人约定在1点到2点间随机到达某地,约定先到者等10分钟,求相遇概率。” 2. 设甲到达时间为 $x$,乙为 $y$,则 $x, y \in [0, 60]$(单位:分钟)。 3. 样本空间 $\Omega$ 是平面直角坐标系中边长为60的正方形,面积 $S_\Omega = 60^2$。 4. 相遇条件:$|x - y| \le 10$。 5. 在坐标系中画出 $y = x + 10$ 和 $y = x - 10$ 两条直线。 6. 满足条件的区域是正方形中间的一条带状区域。 7. 计算该带状区域面积(正方形面积减去两个角上的小三角形面积)。 8. $P = \frac{S_{\text{相遇}}}{S_\Omega}$。 要点:将文字问题转化为平面区域问题,强调“点”落在“区域”内的几何意义。
看不明白?看一段视频 ▾待生成
练一道
基础题
在区间 $[0, 5]$ 上随机取一个数 $x$,求 $x$ 落在区间 $[1, 3]$ 内的概率。
变式
从区间 $[0, 10]$ 中随机取两个数 $x, y$,求 $|x - y| < 2$ 的概率。
试试手自己判
检测题
在区间 $[0, 4]$ 上随机取一个数 $x$,在区间 $[0, 2]$ 上随机取一个数 $y$,求 $x + y > 3$ 的概率。
看答案和判分标准
答案:$0.5$
判对标准:
1. 正确识别样本空间为矩形区域:$0 \le x \le 4, 0 \le y \le 2$,面积 $S_\Omega = 4 \times 2 = 8$。(2分)
2. 正确画出直线 $x + y = 3$ 在矩形内的截线,确定满足 $x + y > 3$ 的区域为右上角的三角形。(2分)
3. 正确计算该三角形面积:顶点为 $(1,2), (4,2), (4,-1)$ 的交点... 等等,需准确计算。
- 直线 $x+y=3$ 与 $y=2$ 交于 $(1,2)$。
- 直线 $x+y=3$ 与 $x=4$ 交于 $(4,-1)$,但在矩形内 $y \ge 0$,所以与 $y=0$ 交于 $(3,0)$。
- 满足 $x+y>3$ 的区域是矩形右上角,由点 $(1,2), (4,2), (4,0), (3,0)$ 围成的梯形?不,是三角形。
- 顶点:$(1,2)$, $(4,2)$, $(4,0)$? 不对。
- 区域是 $x \in [1,4], y \in [0,2]$ 且 $y > 3-x$。
- 当 $x=1, y>2$ (无解,因为 $y \le 2$)。
- 当 $x=3, y>0$。
- 当 $x=4, y>-1$ (即 $y>0$)。
- 所以区域是顶点为 $(1,2), (4,2), (3,0)$ 的三角形?
- 检查:$(1,2)$ 在直线上,$(3,0)$ 在直线上。
- 区域是 $x$ 从1到4,$y$ 从 $3-x$ 到 2。
- 这是一个三角形,底边在 $x=4$ 上?不。
- 顶点:$A(1,2)$, $B(4,2)$, $C(3,0)$。
- 面积 = $\frac{1}{2} \times \text{底} \times \text{高}$。
- 以 $AB$ 为底,长度 $4-1=3$,高为 $2-0=2$。
- 面积 $S_A = \frac{1}{2} \times 3 \times 2 = 3$。
4. 计算概率 $P = \frac{3}{8}$。(2分)
*更正*:我之前的快速心算有误,重新严格计算。
样本空间:$x \in [0,4], y \in [0,2]$。面积 $8$。
事件:$x+y > 3$。
边界线 $x+y=3$。
与 $y=2$ 交点:$x=1 \Rightarrow (1,2)$。
与 $x=4$ 交点:$y=-1$ (超出范围)。
与 $y=0$ 交点:$x=3 \Rightarrow (3,0)$。
满足 $x+y>3$ 的区域在直线右上方。
在矩形 $[0,4] \times [0,2]$ 内,该区域顶点为 $(1,2), (4,2), (4,0), (3,0)$。
这是一个梯形。
上底($y=2$ 边):$x$ 从 $1$ 到 $4$,长度 $3$。
下底($y=0$ 边):$x$ 从 $3$ 到 $4$,长度 $1$。
高:$2$。
面积 $S_A = \frac{(3+1) \times 2}{2} = 4$。
概率 $P = \frac{4}{8} = 0.5$。

最终判对标准:
1. 样本空间面积 $8$。(1分)
2. 正确识别满足条件的区域为梯形,顶点 $(1,2), (4,2), (4,0), (3,0)$。(2分)
3. 正确计算梯形面积为 $4$。(1分)
4. 得出概率 $0.5$。(1分)
容易错在哪儿 ▾点开看
这一步没懂?写一句问老师 ›
内容由卡片自动生成 · 有不对的地方告诉老师
这张卡有问题?告诉老师 ›