第十一章第9节离散型随机变量的均值与方差.doc
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1、第第 9 节节 离散型随机变量的均值与方差离散型随机变量的均值与方差 最新考纲 1.理解取有限个值的离散型随机变量的均值、 方差的概念; 2.能计算简单离散型随机变量的均值、方差,并能解决一些简单实际问题 知 识 梳 理 1.离散型随机变量的均值与方差 若离散型随机变量 X 的分布列为 X x1 x2 xi xn P p1 p2 pi pn (1)均值 称 E(X)x1p1x2p2xipixnpn为随机变量 X 的均值或数学期望,它反映了离散型随机变量取值的平均水平. (2)方差 称 D(X)ni1_(xiE(X)2pi为随机变量 X 的方差,它刻画了随机变量 X 与其均值E(X)的平均偏离程
2、度,其算术平方根 D(X)为随机变量 X 的标准差. 2.均值与方差的性质 (1)E(aXb)aE(X)b. (2)D(aXb)a2D(X)(a,b 为常数). 3.两点分布与二项分布的均值、方差 (1)若 X 服从两点分布,则 E(X)p,D(X)p(1p). (2)若 XB(n,p),则 E(X)np,D(X)np(1p). 微点提醒 1.若 x1,x2相互独立,则 E(x1 x2)E(x1) E(x2). 2.均值与方差的关系:D(X)E(X2)E2(X). 3.超几何分布的均值:若 X 服从参数为 N,M,n 的超几何分布,则 E(X)nMN. 基 础 自 测 1.判断下列结论正误(在
3、括号内打“”或“”) (1)期望值就是算术平均数,与概率无关.( ) (2)随机变量的均值是常数,样本的平均值是随机变量.( ) (3)随机变量的方差和标准差都反映了随机变量取值偏离均值的平均程度,方差或标准差越小,则偏离变量平均程度越小.( ) (4)均值与方差都是从整体上刻画离散型随机变量的情况,因此它们是一回事.( ) 解析 均值即期望值刻画了离散型随机变量取值的平均水平,而方差刻画了离散型随机变量的取值偏离期望值的平均程度,因此它们不是一回事,故(1)(4)均不正确. 答案 (1) (2) (3) (4) 2.(选修 23P68A1 改编)已知 X 的分布列为 X 1 0 1 P 12
4、 13 16 设 Y2X3,则 E(Y)的值为( ) A.73 B.4 C.1 D.1 解析 E(X)11201311613, E(Y)E(2X3)2E(X)323373. 答案 A 3.(选修 23P68 练习 2 改编)若随机变量 X 满足 P(Xc)1,其中 c 为常数,则D(X)的值为_. 解析 P(Xc)1,E(X)c1c, D(X)(cc)210. 答案 0 4.(2018 浙江卷)设 0p1,随机变量 的分布列是 0 1 2 P 1p2 12 p2 则当 p 在(0,1)内增大时( ) A.D()减小 B.D()增大 C.D()先减小后增大 D.D()先增大后减小 解析 由题可得
5、 E()12p,所以 D()p2p14p12212,所以当 p在(0,1)内增大时,D()先增大后减小. 答案 D 5.(2019 合肥检测)甲、乙两工人在一天生产中出现的废品数分别是两个随机变量X,Y,其分布列分别为: X 0 1 2 3 P 0.4 0.3 0.2 0.1 Y 0 1 2 P 0.3 0.5 0.2 若甲、乙两人的日产量相等,则甲、乙两人中技术较好的是_. 解析 E(X)00.410.320.230.11. E(Y)00.310.520.20.9, 所以 E(Y)E(X),故乙技术好. 答案 乙 6.(2017 全国卷)一批产品的二等品率为 0.02,从这批产品中每次随机取
6、一件,有放回地抽取 100 次,X 表示抽到的二等品件数,则 D(X)_. 解析 有放回地抽取,是一个二项分布模型,其中 p0.02,n100,则 D(X)np(1p)1000.020.981.96. 答案 1.96 考点一 离散型随机变量的均值与方差 【例 1】 (2019 青岛一模)为迎接 2022 年北京冬奥会,推广滑雪运动,某滑雪场开展滑雪促销活动.该滑雪场的收费标准是:滑雪时间不超过 1 小时免费,超过 1小时的部分每小时收费标准为 40 元(不足 1 小时的部分按 1 小时计算).有甲、 乙两人相互独立地来该滑雪场运动,设甲、乙不超过 1 小时离开的概率分别为14,16;1小时以上
7、且不超过 2 小时离开的概率分别为12,23;两人滑雪时间都不会超过 3 小时. (1)求甲、乙两人所付滑雪费用相同的概率; (2)设甲、乙两人所付的滑雪费用之和为随机变量 (单位:元),求 的分布列与数学期望 E(),方差 D(). 解 (1)两人所付费用相同,相同的费用可能为 0,40,80 元, 两人都付 0 元的概率为 p11416124, 两人都付 40 元的概率为 p2122313, 两人都付 80 元的概率为 p311412116231416124, 则两人所付费用相同的概率为 pp1p2p312413124512. (2)由题设甲、乙所付费用之和为 , 可能取值为 0,40,8
8、0,120,160,则: P(0)1416124; P(40)1423121614; P(80)141612231416512; P(120)1216142314; P(160)1416124. 的分布列为 0 40 80 120 160 P 124 14 512 14 124 E()01244014805121201416012480. D()(080)2124(4080)214(8080)2512(12080)214(16080)21244 0003. 规律方法 (1)求离散型随机变量的均值与方差关键是确定随机变量的所有可能值,写出随机变量的分布列,正确运用均值、方差公式进行计算. (2)
9、注意 E(aXb)aE(X)b,D(aXb)a2D(X)的应用. 【训练 1】 从甲地到乙地要经过 3 个十字路口,设各路口信号灯工作相互独立,且在各路口遇到红灯的概率分别为12,13,14. (1)记 X 表示一辆车从甲地到乙地遇到红灯的个数, 求随机变量 X 的分布列和数学期望; (2)若有 2 辆车独立地从甲地到乙地,求这 2 辆车共遇到 1 个红灯的概率. 解 (1)随机变量 X 的所有可能取值为 0,1,2,3, P(X0)11211311414, P(X1)1211311411213114112113141124, P(X2)11213141211314121311414, P(X
10、3)121314124. 所以,随机变量 X 的分布列为 X 0 1 2 3 P 14 1124 14 124 随机变量 X 的数学期望 E(X)0141112421431241312. (2)设 Y 表示第一辆车遇到红灯的个数,Z 表示第二辆车遇到红灯的个数,则所求事件的概率为 P(YZ1)P(Y0,Z1)P(Y1,Z0) P(Y0)P(Z1)P(Y1)P(Z0) 1411241124141148. 所以,这 2 辆车共遇到 1 个红灯的概率为1148. 考点二 二项分布的均值与方差 【例 2】 (2019 顺德一模)某市市民用水拟实行阶梯水价,每人月用水量不超过 w立方米的部分按 4 元/
11、立方米收费,超出 w 立方米的部分按 10 元/立方米收费,从该市随机调查了 100 位市民,获得了他们某月的用水量数据,整理得到如下频率分布直方图,并且前四组频数成等差数列. (1)求 a,b,c 的值及居民月用水量在 22.5 内的频数; (2)根据此次调查,为使 80%以上居民月用水价格为 4 元/立方米,应将 w 定为多少?(精确到小数点后 2 位) (3)若将频率视为概率,现从该市随机调查 3 名居民的月用水量,将月用水量不超过 2.5 立方米的人数记为 X,求其分布列及均值. 解 (1)前四组频数成等差数列, 所对应的频率组距也成等差数列, 设 a0.2d,b0.22d,c0.23
12、d, 0.50.2(0.2d)20.22d0.23d0.131, 解得 d0.1,a0.3,b0.4,c0.5. 居民月用水量在 22.5 内的频率为 0.50.50.25. 居民月用水量在 22.5 内的频数为 0.2510025. (2)由题图及(1)可知,居民月用水量小于 2.5 的频率为 0.70.8, 为使 80%以上居民月用水价格为 4 元/立方米, 应规定 w2.50.80.70.32.83. (3)将频率视为概率,设 A(单位:立方米)代表居民月用水量, 可知 P(A2.5)0.7, 由题意,XB(3,0.7), P(X0)C030.330.027, P(X1)C130.320
13、.70.189, P(X2)C230.30.720.441, P(X3)C330.730.343, X 的分布列为 X 0 1 2 3 P 0.027 0.189 0.441 0.343 XB(3,0.7),E(X)np2.1. 规律方法 二项分布的均值与方差. (1)如果 B(n,p),则用公式 E()np;D()np(1p)求解,可大大减少计算量. (2)有些随机变量虽不服从二项分布,但与之具有线性关系的另一随机变量服从二项分布,这时,可以综合应用 E(ab)aE()b 以及 E()np 求出 E(ab),同样还可求出 D(ab). 【训练 2】 (2019 湘潭三模)某饭店从某水产养殖厂
14、购进一批生蚝,并随机抽取了40 只统计质量,得到结果如表所示: 质量(g) 5,15) 15,25) 25,35) 35,45) 45,55 数量(只) 6 10 12 8 4 (1)若购进这批生蚝 500 kg,且同一组数据用该组区间的中点值代表,试估计这批生蚝的数量(所得结果保留整数); (2)以频率视为概率,若在本次购买的生蚝中随机挑选 4 个,记质量在5,25)间的生蚝的个数为 X,求 X 的分布列及数学期望. 解 (1)由表中的数据可以估算一只生蚝的质量为 140(61010201230840450)28.5(g), 所以购进 500 kg 生蚝,其数量为 500 000 28.51
15、7 544(只). (2)由表中数据知,任意挑选一只生蚝,质量在5,25)间的概率为25, 由题意知 X 的可能取值为 0,1,2,3,4, P(X0)35481625, P(X1)C14251353216625, P(X2)C24252352216625, P(X3)C3425335196625, P(X4)25416625, X 的分布列为 X 0 1 2 3 4 P 81625 216625 216625 96625 16625 E(X)081625216625396625316625485. 考点三 均值与方差在决策问题中的应用 【例 3】 某投资公司在 2019 年年初准备将 1 0
16、00 万元投资到“低碳”项目上, 现有两个项目供选择: 项目一:新能源汽车.据市场调研,投资到该项目上,到年底可能获利 30%,也可能亏损 15%,且这两种情况发生的概率分别为79和29; 项目二:通信设备.据市场调研,投资到该项目上,到年底可能获利 50%,可能损失 30%,也可能不赔不赚,且这三种情况发生的概率分别为35,13和115. 针对以上两个投资项目,请你为投资公司选择一个合理的项目,并说明理由. 解 若按“项目一”投资,设获利为 X1万元.则 X1的分布列为 X1 300 150 P 79 29 E(X1)30079(150)29200(万元). 若按“项目二”投资,设获利 X2
17、万元, 则 X2的分布列为: X2 500 300 0 P 35 13 115 E(X2)50035(300)130115200(万元). D(X1)(300200)279(150200)22935 000, D(X2)(500200)235(300200)213(0200)2115140 000. 所以 E(X1)E(X2),D(X1)D(X2), 这说明虽然项目一、项目二获利相等,但项目一更稳妥. 综上所述,建议该投资公司选择项目一投资. 规律方法 随机变量的均值反映了随机变量取值的平均水平,方差反映了随机变量稳定于均值的程度,它们从整体和全局上刻画了随机变量,是生产实际中用于方案取舍的重
18、要理论依据.一般先比较均值,若均值相同,再用方差来决定. 【训练 3】 计划在某水库建一座至多安装 3 台发电机的水电站.过去 50 年的水文资料显示,水库年入流量 X(年入流量:一年内上游来水与库区降水之和,单位:亿立方米)都在 40 以上.其中,不足 80 的年份有 10 年,不低于 80 且不超过 120的年份有 35 年,超过 120 的年份有 5 年.将年入流量在以上三段的频率作为相应段的概率,并假设各年的年入流量相互独立. (1)求未来 4 年中,至多有 1 年的年入流量超过 120 的概率; (2)水电站希望安装的发电机尽可能运行,但每年发电机最多可运行台数受年入流量 X 限制,
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- 第十一 离散 随机变量 均值 方差

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