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专题九 计数原理、概率与统计 2 77
微专题二 概率与数列综合问题
学生用书P321
类型一:构造数列型
1 1 ,(提示:分母为两项相乘,考虑
这类问题通常具备第n次操作的结果会对第n 次的操 ( )i -1 - ( )i
+1 1 1 2 1 1 2
+ × + ×
作产生影响的特征 例如 甲 乙 丙三人相互传球 求若干次后 3 6 5 3 6 5
, “ 、 、 ,
裂项)
球在甲手里的概率 第一代开红花或黄花 第n代开红花的
”,“ ,
n P
概率 等 可类比数列的递推公式 前一项的值会对后一项产生 则 1-3 i 1 1 1 1
影响 ” 故可 , 参考数列递推公式的解 , 题方法. ∑i= 1 5 P i P i +1 = 1 1 - 1 1 2 + 1 1 2 - 1 1 ( 2 ) 2
, + + × + × + ×
例1 ( 山东新高考联合质量测评, )某学校新校区在校 3 6 3 6 5 3 6 5 3 6 5
2024 17
… 1 1
园里边种植了一种漂亮的植物 , 会开出粉红色或黄色的花.这种 + + 1 1 ( 2 )n -1 - 1 1 ( 2 )n
+ × + ×
植物第 代开粉红色花和黄色花的概率都是 1 从第 代开 3 6 5 3 6 5
1 , 2
2 1 ,
始 若上一代开粉红色的花 则这一代开粉红色的花的概率是 =2- ( )n<2
, , 1 1 2
+ ×
3 6 5
3 开黄色花的概率是 2 若上一代开黄色的花 则这一代开粉
5 , 5 ; , 所以 n 1-3 P i .
红色的花的概率为 1 开黄色花的概率为 4 .设第n代开粉红 ∑i= 1 5 P i P i +1 <2
, 类型二:等差或等比证明类
5 5
色花的概率为P . 这类题目通常在题干中给出一个明确的数列形式 要求根
n ,
据已知条件进行数列的证明 通常需要证明是等差或等比数
求第 代开黄色花的概率
,
(1) 2 ;
列 解决此类问题需注意题干信息的提取和证明技巧的使用.
证明 n 1-3 P i . ,
(2) :∑i=
1 5
P
i
P
i +1
<2 例2 (
2019
课标
Ⅰ
理,
21
,
12
分)为治疗某种疾病
,
研制了甲
、
解析 ( )设事件A 表示第i代开粉红色花,事件B 表示第 乙两种新药 希望知道哪种新药更有效 为此进行动物试验.试
1 i i , ,
i代开黄色花, 验方案如下 每一轮选取两只白鼠对药效进行对比试验.对于两
:
只白鼠 随机选一只施以甲药 另一只施以乙药.一轮的治疗结
由题意可得P(B ) P(A )P(B A ) P(B )·P(B B ) 1 , ,
2 = 1 2| 1 + 1 2| 1 = 果得出后 再安排下一轮试验.当其中一种药治愈的白鼠比另一
2 ,
种药治愈的白鼠多 只时 就停止试验 并认为治愈只数多的药
2 1 4 3 , 4 , ,
× + × = 更有效.为了方便描述问题 约定 对于每轮试验 若施以甲药的
5 2 5 5 , : ,
白鼠治愈且施以乙药的白鼠未治愈 则甲药得 分 乙药得
所以第 代开黄色花的概率为 3 . , 1 , -1
2 分 若施以乙药的白鼠治愈且施以甲药的白鼠未治愈 则乙药
5 ; ,
得 分 甲药得 分 若都治愈或都未治愈 则两种药均得 分.
( )证明:由题可知P 1 ,P 3 P 1 ( P ),即 P 1 , -1 ; , 0
2 1= n= n -1+ 1- n -1 n= 甲 乙两种药的治愈率分别记为α和β 一轮试验中甲药的得分
2 5 5 、 ,
记为X.
2 P 1 .(提示:联想递推关系为a pa q型数列求通项
5
n -1+
5
n= n -1+
求X的分布列.
(1)
的方法) 若甲药 乙药在试验开始时都赋予 分 p i 表
(2) 、 4 , i( =0,1,…,8)
设P n+ λ =
5
2 (P n -1+ λ), 示
率
“
, 则
甲药
p 0
的
=0
累
, p
计
8=
得
1
分
, p
为
i=
i
ap
时
i -1
,
+
最
bp
终
i+
认
cp
为
i +1(
甲
i
药
=1
比
,2
乙
,…
药
,
更
7)
有
, 其
效
中
” 的
a
概
=
则P n= 2 P n -1- 3 λ, - 3 λ = 1 , P ( X =-1), b = P ( X =0), c = P ( X =1) .假设α =0 . 5, β =0 . 8 .
5 5 5 5 证明 p p i 为等比数列
(i) :{ i +1- i}( =0,1,2,…,7) ;
解得λ 1 , 求p 并根据p 的值解释这种试验方案的合理性.
=- (ii) 4, 4
3 解析 ( )X的所有可能取值为 , , .
( ) 1 -1 0 1
即P 1 2 P 1 , P(X ) ( α)β,
n- = n- =-1 = 1-
3 5 3 P(X ) αβ ( α)( β),
{ } =0 = + 1- 1-
所以 P 1 是以 1 为首项,2 为公比的等比数列, P(X ) α( β).
n- =1 = 1-
3 6 5 所以X的分布列为
( )n
-1
则P 1 1 2 ,
n- = × X
3 6 5 -1 0 1
( )n
-1 P α β α β α β α β
即P n= 1 + 1 × 2 . (1- ) +(1- )(1- ) (1- )
3 6 5 ( )( )证明:由( )得a . ,b . ,c . .
( )i -1 2 i 1 =04 =05 =01
1 2 因此p . p . p . p ,
因 此 5 1 P - i 3 P P i + i 1 = [ 1 1 ( 2 - ) 2 i - × 1 ] 5 [ 1 1 ( 2 )i] = 故 0 . 1 ( i= p i + 0 1- 4 p i i - ) 1 = +0 0 . 5 4 ( i p + i 0 - p 1 i -1 i + ) 1 ,
5 + × × + × 即p p (p p ).
3 6 5 3 6 5 i +1- i=4 i- i -1
2 78 5年高考3年模拟 B版 数学(教师用书)
又因为p p p , 4
1- 0= 1≠0 所以p (p p ) (p p ) (p p ) (p p ) 4 -1p 1 .
所以{p p }(i , , ,…, )是公比为 ,首项为p 的等比 4= 4- 3 + 3- 2 + 2- 1 + 1- 0 = 1=
i +1- i =0 1 2 7 4 1 3 257
数列. p 表示最终认为甲药更有效的概率.由计算结果可以看出,在甲
4
( )由( )可得p p p p p … p p p 药治愈率为 . ,乙药治愈率为 . 时,认为甲药更有效的概率
ii i 8= 8- 7+ 7- 6+ + 1- 0+ 0 05 0 8
= (p 8- p 7 ) + (p 7- p 6 ) + … + (p 1- p 0 ) = 4 8 -1p 1 . 为p 4= 25 1 7 ≈0 . 003 9 ,此时得出错误结论的概率非常小,说明这
3
种试验方案合理.(利用概率说明试验方案的合理性)
由于p ,故p 3 ,
8=1 1=
8
4 -1
学生用书P175
1.( 广东湛江一模, )甲进行摸球跳格游戏.图上标有第 数 精确到 记为 达标 的指标界值.
2024 17 1 ( 1), “ ”
格 第 格 第 格 棋子开始在第 格 盒中有 个大 请根据样本数据 求高一年级学生踢毽子 达标 的指标
, 2 ,……, 25 , 1 , 5 (1) , “ ”
小相同的小球 其中 个红球 个白球 个球除颜色外都相 界值
, 3 ,2 (5 ;
同 .每次甲在盒中随机摸出两球 记下颜色后放回盒中 若两 团体竞赛 规则为 每班选出由 名选手组成的代表队
) , , (2)“ ” , 3
球颜色相同 棋子向前跳 格 若两球颜色不同 棋子向前跳 参赛 上场的甲 乙 丙 人 由甲将毽子等可能地踢给另外两
, 1 ; , 2 , 、 、 3 ,
格 直到棋子跳到第 格或第 格时 游戏结束.记棋子跳到 人中的 人 接到毽子的人再等可能地踢向另外两人中的
, 24 25 , 1 , 1
第n格的概率为P n . 人 如此不停地传下去 直到有选手没有接到毽子则比赛结
n( =1,2,3,…,25) , ,
(1)
甲在一次摸球中摸出红球的个数记为X
,
求X的分布列和 束
,
记录此时的传踢个数作为团队成绩.记第i
(
i
∈
N
)
次传踢
期望 之前毽子在甲的概率为a 易知a a .求第 次传踢
; i, 1=1, 2=0 6
(2) 证明 : 数列 { P n- P n -1}( n =2,3,…,24) 为等比数列. 前 , 毽子传到甲的概率a 6, 并讨论第i次传踢前 ( i ∈ N , 且i ≥
解析 根据题意可知 X的所有可能取值为 毽子在甲 乙 丙三人中哪一人的概率最大.
(1) , 0,1,2, 3) 、 、
2 1 1 2 M(3C
P ( X =0)= C2 2 = 1 , P ( X =1)= C2C 2 3 = 6 = 3 , P ( X =2)= C3 2 =
C5 10 C5 10 5 C5
3 .可得X的分布列为
10
X
0 1 2
P 1 3 3
10 5 10
0
所以E X 1 3 3 6 .
( )=0× +1× +2× = 解析 设高一年级学生踢毽子 达标 的指标界值为x
10 5 10 5 (1) “ ” ,
分析得x
证明 由 知两球颜色相同的概率为 2 颜色不同的概 ∈[45,50),
(2) : (1) , 依题意有 x . . . . . .
5 ( -45)×006=06-(001+0024+0036+0040)×5,
.
率为 3 . 即x 005 .
=45+ . ≈46
5 006
棋子在第 格为必然事件 则P 设第i次传踢之前毽子在乙 丙的概率为b c
1 , 1=1, (2) 、 i, i,
棋子跳到第
2
格的概率为P
2=
2
,
所以P
2-
P
1=-
3
,
由传递的对称性知b i= c i, 又a i+ b i+ c i=1,
5 5 a a a a
则有b c 1- i a 1 1- i 1 1- i 1- i
当 n 时 P 2 P 3 P i= i= , i +1= × + × = ,
3≤ ≤24 , n= n -1+ n -2, 2 2 2 2 2 2
5 5 a ( )
所以 P P P P 所以
P
n-
P
n -1 3
所以a
i +1=-
i
+
1
,
即有a
i +1-
1
=-
1 a
i-
1
(
i
∈
N
),
5( n- n -1)=-3( n -1- n -2), P
n -1-
P
n -2
=-
5
,
{ }
2 2 3 2 3
所以 a 1 为等比数列 其中首项为 a 1 2 公比为
所以数列 P P 是以 3 为首项 3 为公比的等比数列. i- , 1- = ,
{ n- n -1} - ,- 3 3 3
5 5 ( )i
-1
2.( 甘肃二诊, )民间谚语 杨柳儿活 抽陀螺 杨柳儿青 1 即a 1 2 1
2024 18 “ , ; , - , i- = - ,
放空钟 杨柳儿死 踢毽子 体现随着季节变化 可以进行不 2 3 3 2
; , ”, , ( )i -1
同的健身活动 , 其中踢毽子在我国流传很广 , 有着悠久的历 所以a i= 1 + 2 - 1 ( i ∈ N ), a 6= 5 ,
3 3 2 16
史.据考证 踢毽子起源于中国汉代 盛行于六朝 隋 唐.某市
, , 、 、
i为偶数时 a 1 b c 1 毽子在乙 丙的概率较大
高中学校为弘扬传统文化 增强学生身体素质 在高一年级开 , i< , i= i> , 、 ,
, , 3 3
展了 人人参与 团队竞赛 的踢毽子活动.在 人人参与 的
“ ”“ ” “ ” i为奇数时 a 1 b c 1 毽子在甲的概率较大.
环节中记录高一年级 名学生每人每分钟踢毽子的次数 , i> , i= i< ,
700 , 3 3
从中抽取 名学生的成绩进行统计 如图所示 得到样本的 3.( 安徽皖南八校联考, )现有甲 乙两个不透明盒子 都
100 , , 2024 18 、 ,
频率分布直方图.将踢毽子每分钟次数样本数据第 百分位 装有 个红球和 个白球 这些球的大小 形状 质地完全
60 1 1 , 、 、
专题九 计数原理、概率与统计 2 79
相同. 相近的多个区域 用简单随机抽样的方法抽取其中 个区域
, 15
若从甲 乙两个盒子中各任取一个球交换放入另一个盒子 进行编号 统计抽取到每个区域的某种水源指标x 和区域内
(1) 、 , i
中
,
n
(
n
∈
N
)
次这样的操作后
,
记甲盒子中红球的个数为X
n
. 该植物分布的数量y
i(
i
=1,2,…,15),
得到数组
(
x
i,
y
i)
.已知
求X 的分布列与数学期望 15 15 15
现 1 从甲中有放回地抽取 ; n n 次 每次抽取 球 若在 ∑i= ( x i- x ) 2 =45,∑i= ( y i- y ) 2 =8000,∑i= ( x i- x )( y i- y )=480 .
(2) ( ≥3) , 1 , 1 1 1
抽取次数不超过 n 次的情况下 , 抽取到 2 次红球 , 则停止抽 (1) 求样本 ( x i, y i)( i =1,2,…,15) 的相关系数.
取 一直抽取不到 次红球 第n次抽取完也停止抽取 令抽 假设该植物的寿命为随机变量X X可取任意正整数 .研
, 2 , , (2) ( )
取停止时
,
抽取的次数为Y
(
Y
=2,3,4,…,
n
),
求Y的数学期 究人员统计大量数据后发现
:
对于任意的k
∈
N
,
寿命为k
+1
望E Y .并证明 E Y n- 1 k ( k -1) 9 . 的样本在寿命超过k的样本里的数量占比与寿命为 1 的样本
( ) : ( )-∑k=
2 2
k ≤
4
在全体样本中的数量占比相同
,
均等于
0
.
1,
这种现象被称为
解析 由题意可知X 的所有可能取值为 几何分布的无记忆性 .
(1) 1 0,1,2, “ ”
且P X 1 1 1 P X 1 1 1 1 1 (i)
求P
(
X
=
k
)(
k
∈
N
)
的表达式
;
( 1=0)= × = , ( 1=1)= × + × = , 推导该植物寿命的期望E X .
2 2 4 2 2 2 2 2 (ii) ( )
n
P X 1 1 1 x x y y
( 1=2)= 2 × 2 = 4 , 附 相关系数r ∑i= 1 ( i- )( i- ) .
X 的分布列如下 : = n n
1 X : ∑i= ( x i- x ) 2 ∑i= ( y i- y ) 2
1 1
1 0 1 2
15 15 15
P 1 1 1 解析 (1) 由 ∑i= ( x i- x ) 2 =45,∑i= ( y i- y ) 2 =8 000,∑i= ( x i-
1 1 1
4 2 4 x y y
)( i- )=480,
E ( X 1)=0× 4 1 +1× 2 1 +2× 4 1 =1 . ( )k -2 k 得相关系数r = ∑i 1 = 5 1 ( x i- x )( y i- y ) = 480 =0 . 8 .
(2) 当Y < n时 , P ( Y = k )=C 1k -1 1 2 × 2 1 × 2 1 = 2 - k 1 ( k =2,3, ∑i 1 = 5 ( x i- x ) 2 ∑i 1 = 5 ( y i- y ) 2 45×8000
1 1
4,…, n -1), n ≥3, (2)(i) 依题意 , P ( X =1)= P ( X = k +1| X > k )=0 . 1, 又P ( X = k +
当Y = n时 , P ( Y = n )=1- æ è ç 1 2 + 2 3 +…+ n - n - 2 1 ö ø ÷ , n ≥3 . 1| X > k )= P ( P X X = k k +1) , 则P ( X = k +1)=0 . 1 P ( X > k )①,
2 2 2 ( > )
n 当k 时 把k换成k 得P X k . P X k
记S n= 2 1 2 + 2 2 3 +…+ 2 - n - 2 1, ≥2 得P , X k P - X 1, k ( = . ) P = X 01 k ( > -1)②,
①-②, ( = )- ( = +1)=01 ( = ),
n
则 1 S 1 2 -2 P X k
2 n= 2 3 + 2 4 +…+ 2 n , 即 P ( ( X = = + k ) 1) =0 . 9( k ≥2),
又P X . P X . P X . P X
n 1 - 1 n n ( =2)=01 ( >1)=01×(1- ( =1))=09 ( =1),
两式相减得 1 S 1 1 1 -2 4 2 -2 P X k
2 n = 2 2 + 2 3 +…+ 2 n -1 - 2 n = 1 - 2 n = 于是 P ( X = + k 1) =0 . 9 对任意k ∈ N 都成立 ,
1- ( = )
2 从而 P X k 是首项为 . 公比为 . 的等比数列
n { ( = )} 01, 09 ,
1
- n,
所以P
(
X
=
k
)=0
.
1×0
.
9
k -1.
2 2 由定义知 E X P X P X P X
n n n (ii) , ( )= ( =1)+2 ( =2)+3 ( =3)+…+
所以S n=1- n -1, 所以P ( Y = n )=1-1+ n -1 = n -1 . kP ( X = k )
2 n- 1 2 n- 1 k 2 k n2 =0 . 1×0 . 9 0 +0 . 2×0 . 9 1 +…+0 . 1×( k -1)×0 . 9 k -2 +0 . 1× k ×0 . 9 k -1
所以E ( Y )=∑k= kP ( Y = k )+ nP ( Y = n )=∑k= ( - k 1) + n -1,
=0
.
1[0
.
9
0
+2×0
.
9
1
+…+(
k
-1)×0
.
9
k -2
+
k
×0
.
9
k -1
],
2 2 2 2
n- 1 k k n2 令T k=1×0 . 9 0 +2×0 . 9 1 +…+( k -1)×0 . 9 k -2 + k ×0 . 9 k -1 ,
记a E Y ( -1) n
n= ( )-∑k= 2 2 k = 2 n -1( ≥3), 则 0 . 9 T k=1×0 . 9 1 +2×0 . 9 2 +…+( k -1)×0 . 9 k -1 + k ×0 . 9 k ,
则a a ( n +1) 2 -2 n2 -( n -1) 2 +2 两式相减得 0 . 1 T k=1+0 . 9 1 +0 . 9 2 +…+0 . 9 k -1 - k ×0 . 9 k
n +1- n= n = n , . k
2 2 1×(1-09 ) k . k k . k
n 2 = . - ×09 =10-( +10)×09 ,
当n 时 -( -1) +2 所以a a 且a 9 1-09
≥3 , n <0, n +1< n, 3= , 因此E X k . k . k 当k足够大时 k . k
2 4 ( )=10- ×09 -10×09 , , ×09 ≈0,
n- 1 k k . k 则E X 可认为E X .
所以E Y ( -1) 9 成立. 10×09 ≈0, ( )≈10, ( )=10
( )-∑k= 2 2 k ≤ 4 所以该植物寿命的期望E ( X ) 是 10 .
4.( 湖南部分学校大联考(二), )将保护区分为面积大小
2024 18