文档内容
8.6 分布列与其他知识综合运用(精讲)(提升版)
考点呈现
例题剖析
考点一 与数列综合
【例1】(2022·福建·三明一中模拟预测)(多选)已知红箱内有6个红球、3个白球,白箱内有3个红球、
6个白球,所有小球大小、形状完全相同.第一次从红箱内取出一球后再放回去,第二次从与第一次取出
的球颜色相同的箱子内取出一球,然后再放回去,依此类推,第 次从与第k次取出的球颜色相同的箱
子内取出一球,然后再放回去.记第 次取出的球是红球的概率为 ,则下列说法正确的是( )
A. B.
C.第5次取出的球是红球的概率为 D.前3次取球恰有2次取到红球的概率是
【答案】AC
【解析】依题意 ,
设第 次取出球是红球的概率为 ,则白球概率为 ,
对于第 次,取出红球有两种情况.
①从红箱取出的概率为 ,②从白箱取出的概率为 ,
对应 ,即 ,故B错误;
所以 ,令 ,则数列 为等比数列,公比为 ,因为 ,所以 ,
故 ,所以 , 故选项A,C正确;
第1次取出球是红球的概率为 ,第2次取出球是红球的概率为 ,
第3次取出球是红球的概率为 ,
前3次取球恰有2次取到红球的概率是 ,
故D错误;故选:AC.
【一隅三反】
1.(2022·广东·高三阶段练习)足球是一项大众喜爱的运动.2022卡塔尔世界杯揭幕战将在2022年11月
21日打响,决赛定于12月18日晚进行,全程为期28天.
(1)为了解喜爱足球运动是否与性别有关,随机抽取了男性和女性各100名观众进行调查,得到2 2列联表
如下:
喜爱足球运
不喜爱足球运动 合计
动
男性 60 40 100
女性 20 80 100
合计 80 120 200
依据小概率值a=0.001的独立性检验,能否认为喜爱足球运动与性别有关?
(2)校足球队中的甲、乙、丙、丁四名球员将进行传球训练,第1次由甲将球传出,每次传球时,传球者都
等可能的将球传给另外三个人中的任何一人,如此不停地传下去,且假定每次传球都能被接到.记开始传
球的人为第1次触球者,第 次触球者是甲的概率记为 ,即 .
(i)求 (直接写出结果即可);
(ii)证明:数列 为等比数列,并判断第19次与第20次触球者是甲的概率的大小.
【答案】(1)喜爱足球运动与性别有关(2)(i) ;(ii)证明见解析,甲的概率大
【解析】(1)假设 :喜爱足球运动与性别独立,即喜爱足球运动与性别无关.
根据列联表数据,经计算得
根据小概率值 的独立性检验,我们推断 不成立,
即认为喜爱足球运动与性别有关,此推断犯错误的概率不超过0.001.
(2)
(i)由题意得:第二次触球者为乙,丙,丁中的一个,第二次触球者传给包括甲的三人中的一人,故传给
甲的概率为 ,故 .
(ii)第 次触球者是甲的概率记为 ,则当 时,第 次触球者是甲的概率为 ,
第 次触球者不是甲的概率为 ,
则 ,
从而 ,
又 , 是以 为首项,公比为 的等比数列.
则 ,
∴ , ,
,故第19次触球者是甲的概率大
2.(2022·四川绵阳·三模(文))随着科技进步,近来年,我国新能源汽车产业迅速发展.以下是中
国汽车工业协会2022年2月公布的近六年我国新能源乘用车的年销售量数据:年份 2016 2017 2018 2019 2020 2021
年份代码x 1 2 3 4 5 6
新能源乘用车年销售y
50 78 126 121 137 352
(万辆)
(1)根据表中数据,求出y关于x的线性回归方程;(结果保留整数)
(2)若用 模型拟合y与x的关系,可得回归方程为 ,经计算该模型和第(1)问中模型
的 ( 为相关指数)分别为0.87和0.71,请分别用这两个模型,求2022年我国新能源乘用车的年销
售量的预测值;
(3)你认为(2)中用哪个模型得到的预测值更可靠?请说明理由.
参考数据:设 ,其中 .
144 4.78 841 5.70 380 528
参考公式:对于一组具有线性相关关系的数据 ,其回归直线 的斜率和截距
的最小二乘估计公式分别为 , .
【答案】(1)
(2)答案见解析
(3) 越大,模型的拟合效果越好,用 模型得到的预测值更可靠
【解析】(1)关于 的线性回归方程为 .
(2)若利用线性回归模型,可得2022年我国新能源乘用车的年销售量的预测值为 (万
辆)
若利用模型 ,可得2022年我国新能源乘用车的年销售量的预测值为
(万辆)
(3)
,且 越大,反映残差平方和越小,模型的拟合效果越好,
用模型 得到的预测值更可靠.
3.(2022·重庆·二模)规定抽球试验规则如下:盒子中初始装有白球和红球各一个,每次有放回的任
取一个,连续取两次,将以上过程记为一轮.如果每一轮取到的两个球都是白球,则记该轮为成功,否则
记为失败.在抽取过程中,如果某一轮成功,则停止;否则,在盒子中再放入一个红球,然后接着进行下
一轮抽球,如此不断继续下去,直至成功.
(1)某人进行该抽球试验时,最多进行三轮,即使第三轮不成功,也停止抽球,记其进行抽球试验的轮次
数为随机变量 ,求 的分布列和数学期望;
(2)为验证抽球试验成功的概率不超过 ,有1000名数学爱好者独立的进行该抽球试验,记 表示成功时
抽球试验的轮次数, 表示对应的人数,部分统计数据如下:
1 2 3 4 5
232 98 60 40 20
求 关于 的回归方程 ,并预测成功的总人数(精确到1);
(3)证明: .
附:经验回归方程系数: , ;参考数据: , , (其中 , ).
【答案】(1)分布列见解析,数学期望为
(2)回归方程为 ,预测成功的总人数为465
(3)证明见解析
【解析】(1)由题知, 的取值可能为1,2,3所以 ;
; ;
所以 的分布列为:
1 2 3
所以数学期望为 .
(2)令 ,则 ,由题知: , ,
所以 ,
所以 , ,
故所求的回归方程为: ,
所以,估计 时, ;估计 时, ;估计 时, ;
预测成功的总人数为 .
(3)
由题知,在前 轮就成功的概率为又因为在前 轮没有成功的概率为
,
故 .
考点二 与函数结合
【例2】(2022·西南名校模拟)某工厂为了提高某产品的生产质量引进了一条年产量为100万件的生产线.
已知该产品的质量以某项指标值k为衡量标准,为估算其经济效益,该厂先进行了试生产,并从中随机抽
取了100件该产品,统计了每个产品的质量指标值k,并分成以下5组,其统计结果如下表所示:
质量指标值
频数 16 30 40 10 4
试利用该样本的频率分布估计总体的概率分布,并解决下列问题:(注:每组数据取区间的中点值)
(1)由频率分布表可认为,该产品的质量指标值k近似地服从正态分布 ,其中 近似为样本
平均数 , 近似为样本的标准差s,并已求得 ,记X表示某天从生产线上随机抽取的10件产品
中质量指标值k在区间 之外的个数,求 及X的数学期望(精确到0.001);
(2)已知每个产品的质量指标值k与利润y(单位:万元)的关系如下表所示
质量指标值k利润y t
假定该厂所生产的该产品都能销售出去,且这一年的总投资为500万元,问:该厂能否在一年之内通过销
售该产品收回投资?试说明理由.
参考数据:若随机变量 ,则
,
.
【答案】见解析
【解析】(1)由题意知,样本的平均数为
,
所以 ,
.
所以质量指标k在区间 之外的概率为 .
因为 ,
则 ,
所以 .
(2)由题意知,每件产品的平均利润为
, ,
易知函数 的对称轴为 ,且二次函数开口向下,
所以当 时, 取得最大值,且
因为该生产线的年产量为100万个,所以该生产线的年盈利的最大值为 万元,因为845 500,
所以该厂能在一年之内通过销售该产品收回投资.
【一隅三反】
1.(2021高三上·威海期末)体检时,为了确定体检人是否患有某种疾病,需要对其血液采样进行化
验,若结果呈阳性,则患有该疾病;若结果呈阴性,则未患有该疾病.对于 份血液样本,
有以下两种检验方式:一是逐份检验,则需检验 次.二是混合检验,将 份血液样本分别取样混合
在一起,若检验结果为阴性,那么这 份血液全为阴性,因而检验一次就够了﹔如果检验结果为阳
性,为了明确这 份血液究竟哪些为阳性,就需要对它们再次取样逐份检验,则 份血液检验的
次数共为 次.已知每位体检人未患有该疾病的概率为 ,而且各体检人是否患该
疾病相互独立.
(1)若 ,求3位体检人的血液样本混合检验结果为阳性的概率;
(2)某定点医院现取得6位体检人的血液样本,考虑以下两种检验方案:
方案一:采用混合检验;
方案二:平均分成两组,每组3位体检人血液样本采用混合检验.
若检验次数的期望值越小,则方案越“优”.试问方案一、二哪个更“优”?请说明理由.
【答案】见解析
【解析】(1)解:该混合样本阴性的概率是 ,
根据对立事件可得,阳性的概率为
(2)解:方案一:混在一起检验,方案一的检验次数记为 ,则 的可能取值为
,其分布列为:
1 7则 ,
方案二:由题意分析可知,每组3份样本混合检验时,若阴性则检测次数为1,概率为 ,
若阳性,则检测次数,4,概率为 ,
方案二的检验次数记为 ,则 的可能取值为 ,
;
其分布列为:
2 5 8
则 ,
,
当 或 时,可得 ,所以方案一更“优”
当 或 时,可得 ,所以方案一、二一样“优”
当 时,可得 ,所以方案二更“优”.
2.(2022·临沂模拟)在疫情防控常态化的背景下,山东省政府各部门在保安全,保稳定的前提下有
序恢复生产,生活和工作秩序,五一期间,文旅部门在落实防控举措的同时,推出了多款套票文旅产
品,得到消费者的积极回应.下面是文旅部门在某地区推出六款不同价位的旅游套票,每款的套票价
格x(单位:元)与购买人数y(单位:万人)的数据如下表:
城市展馆科技 乡村特色 齐鲁红色
旅游类别 登山套票 游园套票 观海套票
游 游 游
套票价格x(元) 39 49 58 67 77 86
购买数量y(万
16.7 18.7 20.6 22.5 24.1 25.6
人)在分析数据、描点绘图中,发现散点 集中在一条直线附近,其中
附:①可能用到的数据; .
②对于一组数据 ,其回归直线ω^=b^v+a^的斜率和截距的最小二乘估
n
∑v ω −nvω
i i
计值分别为b^= i=1 ,a^=ω−b^v
n
∑v2−nv2
i
i=1
(1)根据所给数据,求y关于x的回归方程;
(2)按照文旅部门的指标测定,当购买数量y与套票价格x的比在区间 上时,该套票受消费
者的欢迎程度更高,可以被认定为“热门套票”,现有三位同学从以上六款旅游套票中,购买不同的
三款各自旅游.记三人中购买“热门套票”的人数为X,求随机变量X的分布列和期望.
【答案】见解析
【解析】(1)解: 散点 集中在一条直线附近,设回归直线方程为ω^=b^v+a^
6 6
1 1
由v= ∑v =4.1,ω= ∑ω =3.05,则
6 i 6 i
i=1 i=1
n
∑v ω −nvω
i i
75.3−6×4.1×3.05 1 1
b^= i=1 = = a^=ω−b^v=3.05− ×4.1=1
n 101.4−6×4.12 2 2
∑v2−nv2
i
i=1
变量 关于 的回归方程为综上,y关于x的回归方程为
(2)解:由 ,解得 ,
乡村特色游,齐鲁红色游,登山套票,游园套票为“热门套票”
则三人中购买“热门套票”的人数X服从超几何分布, 的可能取值为
的分布列为:
1 2 3
P
3.(2022·湖北模拟)象棋属于二人对抗性游戏的一种,在中国有着悠久的历史,由于用具简单,趣
味性强,成为流行极为广泛的棋艺活动.马在象棋中是至关重要的棋子,“马起盘格势,折冲千里余.
江河不可障,飒沓入敌虚”将矩形棋盘视作坐标系 ,棋盘的左下角为坐标原点,马每一步从
移动到 或 .
(1)若棋盘的右上角为 ,马从 处出发,等概率地向各个能到达(不离开棋盘)的方
向移动,求其4步以内到达右上角的概率.
(2)若棋盘的右上角为 ,马从 处出发,每一步仅向 方向移动,最终到达
棋盘右上角,若选择每一条可行的道路是等概率的,求马停留在线段 上次数
的数学期望.【答案】见解析
【解析】(1)解:从 出发4步以内到达 且不出棋盘的走法共有8种,其中 种为:
另外4种与以上4种关于直线 对称.
对于以上4种,记第 种路线的概率为 ,则:
, ,
, .
因此总概率为 .
(2)解:设马有 步从 走到 , 步走到 .
则 ,解得 .
即马共走了 步,总路径数为
路径上经过的点可能在线段上的有 ,共5个.
因此 .
因此 , ,
, ,.
所以马停留在线段 上次数 的分布列为:
1 2 3 4 5
因此 的数学期望 .
考点三 与导数综合
【例3】(2022·云南·昆明一中高三开学考试)甲、乙两人参加一个游戏,该游戏设有奖金256元,谁先赢
满5局,谁便赢得全部的奖金,已知每局游戏乙赢的概率为 ,甲赢的概率为 ,每局游戏相
互独立,在乙赢了3局甲贏了1局的情况下,游戏设备出现了故障,游戏被迫终止,则奖金应该如何分配
才为合理?有专家提出如下的奖金分配方案:如果出现无人先赢5局且游戏意外终止的情况,则甲、乙按照
游戏再继续进行下去各自赢得全部奖金的概率之比 分配奖金.
(1)若 ,则乙应该得多少奖金;
(2)记事件A为“游戏继续进行下去甲获得全部奖金”,试求当游戏继续进行下去,甲获得全部奖金的概率
,并判断当 时,事件A是否为小概率事件,并说明理由.(注:若随机事件发生的概率小于 ,
则称随机事件为小概率事件)
【答案】(1)252(元)
(2)事件A是小概率事件,理由见解析.
【解析】(1)设游戏再继续进行下去X局乙赢得全部奖金,则最后一局必然乙赢.
由题知,当 时,乙以 赢,所以 ,
当 时,乙以 赢,所以 ,
当 时,乙以 赢,所以 ,当 时,乙以 赢,所以 ,
所以乙赢得全部奖金的概率为 ,
所以乙应该得多少奖金为 (元).
(2)设游戏继续进行Y局甲获得全部奖金,则最后一局必然甲赢.
由题知,当 时,甲以 赢,所以 ,
当 时,甲以 赢,所以 ,
甲获得全部奖金的概率 ,
所以 ,
所以 ,
, ,
在 上单调递减,所以 ,
故事件A是小概率事件.
【一隅三反】
1.(2022·佛山模拟)甲、乙两队进行一轮篮球比赛,比赛采用“5局3胜制”(即有一支球队先胜3局即
获胜,比赛结束).在每一局比赛中,都不会出现平局,甲每局获胜的概率都为 .
(1)若 ,比赛结束时,设甲获胜局数为X,求其分布列和期望 ;
(2)若整轮比赛下来,甲队只胜一场的概率为 ,求 的最大值.
【答案】见解析
【解析】(1)解:由题意可知,随机变量X的可能取值为0、1、2、3,
则 , , ,随机变量X的分布列如下:
X 0 1 2 3
P
则
(2)解:甲队只胜一场的概率为 ,
则 .
故当 时, , 递增;
当 时, , 递增;
则
2.(2022·湖南模拟)中国国家统计局2019年9月30日发布数据显示,2019年9月中国制造业采购经理
指数 为49.8%,反映出中国制造业扩张步伐有所加快.以新能源汽车、机器人、增材制造、医疗设备、
高铁、电力装备、船舶、无人机等为代表的高端制造业突飞猛进,则进一步体现了中国制造目前的跨越式发
展.已知某精密制造企业根据长期检测结果,得到生产的产品的质量差服从正态分布 ,并把质量
差在 内的产品称为优等品,质量差在 内的产品称为一等品,优等品与一等
品统称为正品,其余范围内的产品作为废品处理.现从该企业生产的正品中随机抽取1000件,测得产品质
量差的样本数据统计如下:(1)根据大量的产品检测数据,检查样本数据的方差的近似值为100,用样本平均数 作为 的近似值,
用样本标准差 作为 的估计值,记质量差 ,求该企业生产的产品为正品的概率P;(同一组
中的数据用该组区间的中点值代表)
(2)假如企业包装时要求把2件优等品和 ( ,且 )件一等品装在同一个箱子中,质检员从某
箱子中摸出两件产品进行检验,若抽取到的两件产品等级相同则该箱产品记为 ,否则该箱产品记为B.
①试用含 的代数式表示某箱产品抽检被记为 的概率 ;
②设抽检5箱产品恰有3箱被记为 的概率为 ,求当 为何值时, 取得最大值,并求出最大值.
参考数据:若随机变量 服从正态分布 ,则: ,
, .
【答案】见解析
【解析】(1)解:由题意,估计从该企业生产的正品中随机抽取1000件的平均数为:
,即 ,
样本方差 ,故 ,所以 ,
则优等品为质量差在 内,即 ,
一等品为质量差在 内,即 ,所以正品为质量差在 和 内,即 ,
所以该企业生产的产品为正品的概率:
.
(2)解:①从 件正品中任选两个,有 种选法,其中等级相同有 种选法,
∴某箱产品抽检被记为B的概率为: .
②由题意,一箱产品抽检被记为B的概率为 ,则5箱产品恰有3箱被记为B的概率为
,
所以 ,
所以当 时, ,函数 单调递增,
当 时, ,函数 单调递减,
所以当 时, 取得最大值,最大值为 .
此时 ,解得: ,
∴ 时,5箱产品恰有3箱被记为B的概率最大,最大值为 .
3.(2022·佛山模拟)甲、乙两队进行一轮篮球比赛,比赛采用“5局3胜制”(即有一支球队先胜3
局即获胜,比赛结束).在每一局比赛中,都不会出现平局,甲每局获胜的概率都为 .
(1)若 ,比赛结束时,设甲获胜局数为X,求其分布列和期望 ;(2)若整轮比赛下来,甲队只胜一场的概率为 ,求 的最大值.
【答案】见解析
【解析】(1)解:由题意可知,随机变量X的可能取值为0、1、2、3,
则 , , ,
随机变量X的分布列如下:
X 0 1 2 3
P
则
(2)解:甲队只胜一场的概率为 ,
则 .
故当 时, , 递增;
当 时, , 递增;
则
考点四 与其他知识综合运用
【例4】(2022·重庆模拟)在“十三五”期间,我国的扶贫工作进入了“精准扶贫”阶段,到2020年底,
全国830个贫困县全部脱贫摘帽,最后4335万贫困人口全部脱贫,这是我国脱贫攻坚史上的一大壮举.重
庆市奉节县作为国家贫困县之一,于2019年4月顺利脱贫摘帽,因地制宜发展特色产业,是奉节脱贫攻坚
的重要抓手.奉节县规划发展了以高山烟叶、药材、反季节蔬菜;中山油橄榄、养殖;低山脐橙等为主的
产业格局,各类特色农产品已经成为了当地村民的摇钱树.尤其是奉节脐橙,因“果皮中厚、脆而易剥,肉质细嫩化渣、无核少络,酸甜适度,汁多爽口,余味清香”而闻名.为了防止返贫,巩固脱贫攻坚成果,
各职能部门对脐橙种植、销售、运输、改良等各方面给予大力支持.奉节县种植的某品种脐橙果实按果径
X(单位:mm)的大小分级,其中 为一级果, 为特级果,一级果与特级果统称
为优品.现采摘了一大批此品种脐橙果实,从中随机抽取1000个测量果径,得到频率分布直方图如下:
参考数据:若随机变量X服从正态分布 ,则 ,
, .
(1)由频率分布直方图可认为,该品种脐橙果实的果径X服从正态分布 ,其中μ近似为样本
平均数 , 近似为样本标准差s,已知样本的方差的近似值为100.若从这批脐橙果实中任取一个,求取
到的果实为优品的概率(同一组中的数据用该组区间的中点值代表)
(2)这批采摘的脐橙按2个特级果和n( ,且 )个一级果为一箱的规格进行包装,再经过质
检方可进入市场.质检员质检时从每箱中随机取出两个果实进行检验,若取到的两个果实等级相同,则该
箱脐橙记为“同”,否则该箱脐橙记为“异”.
①试用含n的代数式表示抽检的某箱脐橙被记为“异”的概率p;
②设抽检的5箱脐橙中恰有3箱被记为“异”的概率为 ,求函数 的最大值,及取最大值时n
的值.
【答案】见解析
【解析】(1)解:由分布图:则 ,在 内为优品
则
(2)解:①
② ,且 ,
因为 ,且 ,由对勾函数知识可知: 在 上单调递减,当
时, ,所以 ,
因为 ,且
当 时, ,当 时, ,当 时, ,
∴ 最大值在 时取得,可求得 或 ,因为 ,所以 ,
求得
【一隅三反】
1.(2022·联合模拟)在检测中为减少检测次数,我们常采取“ 合1检测法”,即将 个人的样本合
并检测,若为阴性,则该小组所有样本均末感染病毒;若为阳性,则还需对本组的每个人再做检测.现
有 人,已知其中有2人感染病毒.(1)若 ,并采取“20合1检测法”,求共检测25次的概率;
(2)设采取“10合1检测法”的总检测次数为 ,采取“20合1检测法”的总检测次数为 ,若仅
考虑总检测次数的期望值,当 为多少时,采取“20合1检测法”更适宜?请说明理由.
【答案】见解析
【解析】(1)解:对100个人采取“20合1检测法”需平均分为5组,先检测5次,
因为共检测25次,即2个感染者分在同一组;
只需考虑其中某位感染者所在的小组,
原题等价于:从99人中任选19人与他组成一组,
求选到的19人中有另一位感染者的概率,此概率为 ;
(2)解:若2个感染者分在同一组,则
, ,
, ,
若2个感染者分在不同小组,则
, ,
, ,
, ,
令 ,
则 ,即 ,
抛物线 的对称轴为 ,
取 得 ,取 得 ,故 ,
综上,当 时,采取“20合1检测法”更适宜.
2.(2022·邵阳模拟)某跳绳训练队需对队员进行限时的跳绳达标测试.已知队员的测试分数y与跳绳
个数x满足如下关系 .测试规则:每位队员最多进行两次测试,每次限时1分钟,
若第一次测完,测试成绩达到60分及以上,则以此次测试成绩作为该队员的成绩,无需再进行后续
的测试,最多进行两次,根据以往的训练效果,教练记录了队员甲在一分钟内时测试的成绩,将数据
按 , , , 分成4组,并整理得到如下频率分布直方图:
(1)计算a值,并根据直方图计算队员甲在1分钟内跳绳个数的平均值;(同一组中的数据用该
组区间中点值作为代表)
(2)将跳绳个数落入各组的频率作为概率,并假设每次跳绳相互独立,X表示队员甲在达标测试
中的分数,求X的分布列与期望.
【答案】见解析
【解析】(1)解:由题可得 ,所以 .
队员甲在1分钟内跳绳个数的平均值为 .
(2)解:X可能的取值为0,50,80,100.
, ,
,
X的分布列为
X 0 60 80 100
P 0.01 0.22 0.44 0.33
3.(2021·洛阳模拟)一商场为了解某商品的销售情况,对该商品30天的销售量统计后发现每天的销
售量x(单位:件)分布在 内,其中 ( ,且n为偶数)的销售
天数为 ; ( ,且n为奇数)的销售天数为 .
(1)求实数a的值;
(2)当一天销售量不小于700时,则称该日为销售旺日,其余为销售不景气日.将销售天数按照销
售量属于 , , 分成3组,在销售旺日的3组中用分层抽样的方法随机
抽取8天,再从这8天中随机抽取3天进行统计,如果这3天来自X个组,求随机变量X的分布列与
数学期望.
【答案】见解析
【解析】(1)解:因为每天的销售量x(单位:件)分布在 内,
其中 ( ,且n为偶数)的销售天数为 ;
( ,且n为奇数)的销售天数为 .所以当 时的销售天数为 ,
当 时的销售天数为 ,
当 时的销售天数为 ,
当 时的销售天数为 ,
当 时的销售天数为 ,
所以
解得
(2)解:因为 ,
所以当 时的销售天数为 ,当 时的销售天数为 ,当 时的
销售天数为 ,
若在销售旺日的3组中用分层抽样的方法随机抽取8天,
则这8天中有2天的销售量属于 ,有3天的销售量属于 ,有3天的销售量属于
,
所以 的取值为1,2,3,所以随机变量X的分布列为:
1 2 3