2026版三維設(shè)計一輪高中總復(fù)習數(shù)學教師用-第六節(jié) 二項分布、超幾何分布與正態(tài)分布_第1頁
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文檔簡介

第六節(jié)二項分布、超幾何分布與正態(tài)分布課標要求1.通過具體實例,了解伯努利試驗,掌握二項分布及其數(shù)字特征,并能解決簡單的實際問題.2.通過具體實例,了解超幾何分布及其均值,并能解決簡單的實際問題.3.通過誤差模型,了解服從正態(tài)分布的隨機變量;通過具體實例,借助頻率直方圖的幾何直觀,了解正態(tài)分布的特征;了解正態(tài)分布的均值、方差及其含義.1.伯努利試驗與二項分布(1)伯努利試驗:只包含兩個可能結(jié)果的試驗叫做伯努利試驗;將一個伯努利試驗獨立地重復(fù)進行n次所組成的隨機試驗稱為n重伯努利試驗;(2)二項分布:一般地,在n重伯努利試驗中,設(shè)每次試驗中事件A發(fā)生的概率為p(0<p<1),用X表示事件A發(fā)生的次數(shù),則X的分布列為P(X=k)=Cnkpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,如果隨機變量X的分布列具有上式的形式,則稱隨機變量X服從二項分布,記作X~B(n,p).2.超幾何分布一般地,假設(shè)一批產(chǎn)品共有N件,其中有M件次品.從N件產(chǎn)品中隨機抽取n件(不放回),用X表示抽取的n件產(chǎn)品中的次品數(shù),則X的分布列為P(X=k)=CMkCN-Mn-kCNn,k=其中n,N,M∈N*,M≤N,n≤N,m=max{0,n-N+M},r=min{n,M}.如果隨機變量X的分布列具有上式的形式,那么稱隨機變量X服從超幾何分布.提醒超幾何分布中的隨機變量為抽到的某類個體的個數(shù).主要特征為:①考察對象分兩類;②已知各類對象的個數(shù);③從中抽取若干個個體,考查某類個體數(shù)X的概率分布.超幾何分布主要用于抽檢產(chǎn)品、摸不同類別的小球等概率模型,其實質(zhì)是古典概型.3.正態(tài)分布若隨機變量X服從正態(tài)分布,記為X~N(μ,σ2),其中E(X)=μ,D(X)=σ2,其正態(tài)密度函數(shù)為f(x)=1σ2πe-(x-μ)22σ2.(1)正態(tài)曲線的特點①曲線位于x軸上方,與x軸不相交;②曲線是單峰的,它關(guān)于直線x=μ對稱;③曲線在x=μ處達到峰值1σ2④曲線與x軸之間的面積為1;⑤當σ一定時,曲線的位置由μ確定,曲線隨著μ的變化而沿x軸平移;⑥當μ一定時,曲線的形狀由σ確定,σ越小,曲線越“瘦高”,表示總體的分布越集中;σ越大,曲線越“矮胖”,表示總體的分布越分散.(2)正態(tài)分布的三個常用數(shù)據(jù)①P(μ-σ≤X≤μ+σ)≈0.6827;②P(μ-2σ≤X≤μ+2σ)≈0.9545;③P(μ-3σ≤X≤μ+3σ)≈0.9973.1.對于二項分布X~B(n,p),E(X)=np,D(X)=np(1-p).2.對于超幾何分布X~H(n,M,N),E(X)=nMN,D(X)=nMN·(1-MN3.對于正態(tài)分布X~N(μ,σ2),E(X)=μ,D(X)=σ2.1.判斷正誤.(正確的畫“√”,錯誤的畫“×”)(1)n重伯努利試驗中各次試驗的結(jié)果相互獨立.(√)(2)若X表示n次重復(fù)拋擲1枚骰子出現(xiàn)點數(shù)是3的倍數(shù)的次數(shù),則X服從二項分布.(√)(3)超幾何分布的總體里只有兩類物品.(√)(4)正態(tài)曲線是單峰的,其與x軸圍成的面積是隨參數(shù)μ,σ的變化而變化的.(×)(5)正態(tài)分布是對連續(xù)型隨機變量而言的.(√)2.將一枚質(zhì)地均勻的硬幣連續(xù)拋擲4次,X表示“正面朝上”出現(xiàn)的次數(shù),則E(X)=2,D(X)=1.解析:一枚質(zhì)地均勻的硬幣拋擲一次正面朝上的概率為12,且每次是否正面朝上相互獨立,所以X~B(4,12),所以E(X)=4×12=2,D(X)=4×12×3.(人A選三P78例5改編)在含有3件次品的10件產(chǎn)品中,任取4件,X表示取到的次品數(shù),則P(X=2)=310解析:由題意,X服從超幾何分布,其中N=10,M=3,n=4,故P(X=2)=C32C4.(人A選三P87練習2題改編)已知隨機變量X服從正態(tài)分布N(3,1),且P(X>2c-1)=P(X<c+3),則c=43解析:隨機變量X服從正態(tài)分布N(3,1),∵P(X>2c-1)=P(X<c+3),∴2c-1+c+32=5.(人A選三P80習題2題改編)若某射手每次射擊擊中目標的概率為0.9,每次射擊的結(jié)果相互獨立,則在他連續(xù)4次的射擊中,恰好有一次未擊中目標的概率是0.2916.解析:設(shè)事件A=“恰好有一次未擊中目標”,則P(A)=C41×0.93×(1-0.9)=0.291n重伯努利試驗與二項分布(定向精析突破)考向1n重伯努利試驗(1)下列事件是n重伯努利試驗的是(D)A.運動員甲射擊一次,“射中9環(huán)”與“射中8環(huán)”B.甲、乙兩運動員各射擊一次,“甲射中10環(huán)”與“乙射中9環(huán)”C.甲、乙兩運動員各射擊一次,“甲、乙都射中目標”與“甲、乙都沒射中目標”D.在相同的條件下,甲射擊10次,5次擊中目標(2)在4重伯努利試驗中,若事件A至少發(fā)生1次的概率為6581,則事件A在1次試驗中發(fā)生的概率為13解析:(1)選項A、C為互斥事件,不符合n重伯努利試驗的定義,選項B雖然是相互獨立的兩個事件,但是“甲射中10環(huán)”與“乙射中9環(huán)”的概率不一定相同,因此不是n重伯努利試驗,選項D中,甲射擊10次,每次擊中與否是相互獨立的,且在相同條件下,符合n重伯努利試驗.(2)設(shè)事件A在一次試驗中發(fā)生的概率為p,由題意得1-C40p0(1-p)4=6581,所以1-p=23,解題技法n重伯努利試驗的判斷及相應(yīng)概率的求解策略(1)符合n重伯努利試驗必須滿足的兩個特征:①每次試驗的條件完全相同,有關(guān)事件的概率保持不變;②各次試驗的結(jié)果互不影響,即各次試驗相互獨立;(2)在求n重伯努利試驗中事件恰好發(fā)生k次的概率時,首先要確定好n,p和k的值,再準確利用公式P(X=k)=Cnkpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n考向2二項分布某中學準備發(fā)布健康飲食的倡議,提前收集了學生的體重和飲食習慣等信息,其中學生飲用含糖飲料的統(tǒng)計結(jié)果如下:學校有14的學生每天飲用含糖飲料不低于500毫升,這些學生的肥胖率為13;而每天飲用含糖飲料低于500毫升的學生的肥胖率為2(1)若從該中學的學生中任意抽取一名學生,求該生肥胖的概率;(2)現(xiàn)從該中學的學生中任意抽取三名學生,記X表示這三名學生中肥胖的人數(shù),求X的分布列和數(shù)學期望.解:(1)設(shè)“學生每天飲用含糖飲料不低于500毫升”為事件A,則P(A)=14,P(A)=3設(shè)“學生肥胖”為事件B,則P(B|A)=13,P(B|A)=2由全概率公式可得P(B)=P(B|A)P(A)+P(B|A)P(A)=13×14+29×3所以從該中學的學生中任意抽取一名學生,該生肥胖的概率為14(2)由題意可知:X~B(3,14),且X的可能取值為0,1,2,3,則有:P(X=0)=(1-14)3=P(X=1)=C31×14×(1-14)P(X=2)=C32×(14)2×(1-14P(X=3)=(14)3=1所以X的分布列為X0123P272791X的期望E(X)=3×14=3解題技法二項分布的期望與方差的求解策略(1)如果ξ~B(n,p),則用公式E(ξ)=np,D(ξ)=np(1-p)求解,可大大減少計算量;(2)有些隨機變量雖不服從二項分布,但與之具有線性關(guān)系的另一隨機變量服從二項分布,這時,可以綜合應(yīng)用E(aξ+b)=aE(ξ)+b以及E(ξ)=np求出E(aξ+b),同樣還可求出D(aξ+b).在一個抽獎游戲中,主持人從編號為1,2,3的三個外觀相同的空箱子中隨機選擇一個,放入一個金蛋,再將三個箱子關(guān)閉.主持人知道金蛋在哪個箱子里.游戲規(guī)則是主持人請抽獎人在三個箱子中選擇一個,若金蛋在此箱子里,抽獎人得到200元獎金;若金蛋不在此箱子里,抽獎人得到50元參與獎.無論抽獎人是否抽中金蛋,主持人都重新隨機放置金蛋,關(guān)閉三個箱子,等待下一個抽獎人.(1)求前3位抽獎人抽中金蛋人數(shù)X的分布列和方差;(2)為了增加節(jié)目效果,改變游戲規(guī)則.當一抽獎人選定編號后,主持人在剩下的兩個箱子中打開一個空箱子.與此同時,主持人也給抽獎人一個改變選擇的機會.如果抽獎人改變選擇后,抽到金蛋,獎金翻倍;否則,取消參與獎.若僅從最終所獲得的獎金考慮,抽獎人該如何抉擇呢?解:(1)由題意知抽中金蛋人數(shù)X服從二項分布,即X~B(3,13),即X所有可能的取值為0,1,2,3P(X=0)=(23)3=8P(X=1)=C31×13×(23)2=P(X=2)=C32×23×(13)2=P(X=3)=(13)3=1所以X的分布列為X0123P8421中獎人數(shù)的方差D(X)=3×13×23=(2)若改變選擇,記獲得獎金數(shù)為Y,則Y所有可能的取值為0,400,則P(Y=400)=23×1=2P(Y=0)=1-P(Y=400)=13所以改變選擇時,獲得獎金數(shù)的數(shù)學期望E(Y)=0×13+400×23=若不改變選擇,記獲得獎金數(shù)為Z,則Z可能的取值為50,200,則P(Z=50)=23,P(Z=200)=1所以不改變選擇時,獲得獎金數(shù)的數(shù)學期望E(Z)=50×23+200×13=因為E(Y)>E(Z),所以抽獎人應(yīng)改變選擇.超幾何分布(師生共研過關(guān))宿州號稱“中國云都”,擁有華東最大的云計算數(shù)據(jù)中心、CG動畫集群渲染基地,是繼北京、上海、合肥、濟南之后的全國第5家量子通信節(jié)點城市.為了統(tǒng)計計算中心的算力,現(xiàn)從全市n個大型機房和6個小型機房中隨機抽取若干機房進行算力分析,若一次抽取2個機房,全是小型機房的概率為13.(1)求n的值;(2)若一次抽取3個機房,假設(shè)抽取的小型機房的個數(shù)為X,求X的分布列和數(shù)學期望.解:(1)由題知,共有n+6個機房,抽取2個機房有Cn+62種方法,其中全是小機房有C62種方法,因此全是小機房的概率為解得n=4.即n的值為4.(2)X的可能取值為0,1,2,3.P(X=0)=C60C43P(X=1)=C61C42P(X=2)=C62C41P(X=3)=C63C40則隨機變量X的分布列為X0123P1311則X的數(shù)學期望E(X)=0×130+1×310+2×12+3×1解題技法求超幾何分布的分布列的3個步驟(1)驗證隨機變量服從超幾何分布,并確定參數(shù)N,M,n的值;(2)根據(jù)超幾何分布的概率計算公式計算出隨機變量取每一個值時的概率;(3)用表格的形式列出分布列.某校為了提高教師身心健康,號召教師利用空余時間參加陽光體育活動.現(xiàn)有4名男教師,2名女教師報名,本周隨機選取2人參加.(1)求在有女教師參加活動的條件下,恰有一名女教師參加活動的概率;(2)記參加活動的女教師人數(shù)為X,求X的分布列及期望E(X);(3)若本次活動有慢跑、游泳、瑜伽三個可選項目,每名女教師至多從中選擇參加2項活動,且選擇參加1項或2項的可能性均為12,每名男教師至少從中選擇參加2項活動,且選擇參加2項或3項的可能性也均為12,每人每參加1項活動可獲得“體育明星”積分3分,選擇參加幾項活動彼此互不影響,記隨機選取的兩人得分之和為Y,求Y的期望E(解:(1)設(shè)“有女教師參加活動”為事件A,“恰有一名女教師參加活動”為事件B,則P(AB)=C41C21C62=815,所以P(B|A)=P(AB)P(即在有女教師參加活動的條件下,恰有一名女教師參加活動的概率為89(2)依題意知X服從超幾何分布,且P(X=k)=C2kC42-kC62(k=0,1,2),P(X=0)=C42C62=25,P(X=所以X的分布列為:X012P281E(X)=0×25+1×815+2×115(3)設(shè)一名女教師參加活動可獲得分數(shù)為X1,一名男教師參加活動可獲得分數(shù)為X2,則X1的所有可能取值為3,6,X2的所有可能取值為6,9,P(X1=3)=P(X1=6)=12,E(X1)=3×12+6×12P(X2=6)=P(X2=9)=12,E(X2)=6×12+9×12有X名女教師參加活動,則男教師有2-X名參加活動,Y=92X+152(2-X)=15-3X,所以E(Y)=E(15-3X)=15-3E(X)=15-3×23即兩名教師得分之和的期望為13分.正態(tài)分布(師生共研過關(guān))某市為了增強市民的安全意識,由市安監(jiān)局組織舉辦了一次安全知識網(wǎng)絡(luò)競賽,滿分為100分,得分不低于85分的為優(yōu)秀.競賽結(jié)束后,從參與者中隨機抽取100個樣本,統(tǒng)計得樣本平均數(shù)為76,標準差為9.假設(shè)該市共有10萬人參加了此次網(wǎng)絡(luò)競賽,且得分X服從正態(tài)分布N(μ,σ2).若以所得樣本的平均數(shù)和標準差分別作為μ,σ的近似值,試估計該市參加此次網(wǎng)絡(luò)競賽得分優(yōu)秀者的人數(shù).參考數(shù)據(jù):若X~N(μ,σ2),則P(μ-σ<X<μ+σ)≈0.68.解:記“一名市民參加競賽活動得分為優(yōu)秀”為事件A,則P(A)=P(X>85)=P(X>76+9)=P(X>μ+σ),所以P(A)=1-P(μ-故該市參加這次競賽活動得分優(yōu)秀者約有10×0.16=1.6萬人.解題技法解決正態(tài)分布問題有三個關(guān)鍵點:(1)對稱軸x=μ;(2)標準差σ;(3)分布區(qū)間.利用對稱性可求指定范圍內(nèi)的概率值;由μ,σ,分布區(qū)間的特征進行轉(zhuǎn)化,使分布區(qū)間轉(zhuǎn)化為3σ特殊區(qū)間,從而求出所求概率.注意只有在標準正態(tài)分布下對稱軸才為x=0.1.某物理量的測量結(jié)果服從正態(tài)分布N(10,σ2),下列結(jié)論中不正確的是()A.σ越小,該物理量在一次測量中在(9.9,10.1)的概率越大B.該物理量在一次測量中大于10的概率為0.5C.該物理量在一次測量中小于9.99與大于10.01的概率相等D.該物理量在一次測量中落在(9.9,10.2)與落在(10,10.3)的概率相等解析:D對于A,σ越小,正態(tài)分布的圖象越瘦高,總體分布越集中在對稱軸附近,故A正確;對于B、C,由于正態(tài)分布圖象的對稱軸為μ=10,顯然B、C正確.D顯然錯誤.故選D.2.若隨機變量X~B(3,p),Y~N(2,σ2),若P(X≥1)=0.657,P(0<Y<2)=p,則P(Y>4)=0.2.解析:由題意,P(X≥1)=1-P(X=0)=1-(1-p)3=0.657,解得p=0.3,則P(0<Y<2)=0.3,所以P(Y>4)=P(Y<0)=0.5-P(0<Y<2)=0.2.1.已知隨機變量ξ~B(12,p),且E(2ξ-3)=5,則D(3ξ)=()A.83 B.C.12 D.24解析:D因為E(2ξ-3)=2E(ξ)-3=2×12p-3=5,所以p=13,故D(3ξ)=32D(ξ)=9×12×13×(1-13)2.某電視節(jié)目采用組團比賽的方式進行,參賽選手需要全部參加完五場公開比賽,其中五場中有四場獲勝,就能取得參加決賽的資格.若某參賽選手每場比賽獲勝的概率均是23,則這名選手能參加決賽的概率是(A.80243 B.C.76243 D.解析:D由題意可知五場中獲勝的場次X~B(5,23),選手能參加決賽的概率P=C54×(23)4×(1-23)+C55×(23)5×(3.某黨支部有10名黨員,7男3女,從中選取2人做匯報演出,若X表示選中的女黨員人數(shù),則P(X<2)=()A.715 B.C.1415 D.解析:C由題意知X服從超幾何分布,X的可能取值為0,1,2,故P(X=0)=C72C102=715,P(X=1)=C71·C31C102=715,于是P(X<2)=P4.已知隨機變量X服從二項分布B(4,p),其期望E(X)=3,隨機變量Y服從正態(tài)分布N(1,2),若P(Y>0)=p,則P(0<Y<2)=()A.23 B.C.14 D.解析:D由E(X)=4p=3,得p=34,則P(Y>0)=34,則P(0<Y<1)=34-12=14,則P(0<Y<2)=2P(0<Y5.〔多選〕(2024·泰安一模)隨機變量X~N(μ,σ2)且P(X≤2)=0.5,隨機變量Y~B(3,p),若E(Y)=E(X),則()A.μ=2 B.D(X)=2σ2C.p=23 D.D(3Y)=解析:AC因為X~N(μ,σ2)且P(X≤2)=0.5,所以μ=2,故E(X)=μ=2,D(X)=σ2,A正確,B錯誤.因為Y~B(3,p),所以E(Y)=3p,因為E(Y)=E(X),所以3p=2,解得p=23,C正確.D(3Y)=9D(Y)=9×3×23×(1-23)=6,D錯誤.故選A6.數(shù)學教師從6道習題中隨機抽3道讓學生自我檢測,規(guī)定至少要解答正確2道題才能及格.某同學只能求解其中的4道題,則他能及格的概率是45解析:設(shè)X表示解答正確的習題的個數(shù),由題意知X服從超幾何分布,由超幾何分布的概率公式可得,他能及格的概率是P(X≥2)=P(X=2)+P(X=3)=C42C217.位于坐標原點的一個質(zhì)點P按下述規(guī)則移動:質(zhì)點每次移動一個單位,移動的方向為向上或向右,并且向上、向右移動的概率都是12.則質(zhì)點P移動五次后位于點(2,3)的概率是516解析:由于質(zhì)點每次移動一個單位,移動的方向為向上或向右,移動五次后位于點(2,3),所以質(zhì)點P必須向右移動兩次,向上移動三次,故其概率為C53(12)3(12)2=C53(8.(2024·贛州模擬)某人準備應(yīng)聘甲、乙兩家公司的高級工程師,兩家公司應(yīng)聘程序都是:應(yīng)聘者先進行三項專業(yè)技能測試,專業(yè)技能測試通過后進入面試.已知該應(yīng)聘者應(yīng)聘甲公司,每項專業(yè)技能測試通過的概率均為23,該應(yīng)聘者應(yīng)聘乙公司,三項專業(yè)技能測試通過的概率依次為56,23,m,其中0<m<1(1)若m=23.求該應(yīng)聘者應(yīng)聘乙公司三項專業(yè)技能測試恰好通過兩項的概率(2)已知甲、乙兩家公司的招聘在同一時間進行,該應(yīng)聘者只能應(yīng)聘其中一家,應(yīng)聘者以專業(yè)技能測試通過項目數(shù)的數(shù)學期望為決策依據(jù),若該應(yīng)聘者更有可能通過乙公司的技能測試,求m的取值范圍.解:(1)記“該應(yīng)聘者應(yīng)聘乙公司三項專業(yè)技能測試恰好通過兩項”為事件A,由題設(shè)P(A)=56×C21×23×13+16×C22故該應(yīng)聘者應(yīng)聘乙公司三項專業(yè)技能測試恰好通過兩項的概率為49(2)分別記“該應(yīng)聘者應(yīng)聘甲、乙公司三項專業(yè)技能測試中通過的項目數(shù)為ξ,η”,由題設(shè)知:ξ~B(3,23),所以E(ξ)=3×23=η的所有可能取值為0,1,2,3,P(η=0)=16×13×(1-m)=P(η=1)=56×13×(1-m)+16×23×(1-m)+16×1P(η=2)=56×23×(1-m)+56×13×m+16×2P(η=3)=56×23×m=10m故η的分布列為η0123P17105從而E(η)=0×1-m18+1×7-6m18+2×10由E(η)>E(ξ),0<m<1,得2m+32>29.〔多選〕袋子中有2個黑球,1個白球,現(xiàn)從袋子中有放回地隨機取球4次,取到白球記0分,黑球記1分,記4次取球的總分數(shù)為X,則()A.X~B(4,23) B.P(X=2)=C.E(X)=83 D.D(X)=解析:ACD從袋子中有放回地隨機取球4次,則每次取球互不影響,并且每次取到黑球的概率相等,又取到黑球記1分,取到白球記0分,4次取球的總分數(shù),即為取到黑球的個數(shù),所以隨機變量X服從二項分布,即X~B(4,23),故A正確;P(X=2)=C42(23)2(13)2=827,故B錯誤;因為X~B(4,23),所以E(X)=4×23=83,故C正確;D(X)=4×210.(新定義)柯西分布是一個數(shù)學期望不存在的連續(xù)型概率分布.記隨機變量X服從柯西分布為X~C(γ,x0),其中當γ=1,x0=0時的特例稱為標準柯西分布,其概率密度函數(shù)為f(x)=1π(1+x2).已知X~C(1,0),P(|X|≤3)=23,P(1<X≤3)=112,則P(解析:因為f(-x)=1π(1+x2)=f(x),所以該函數(shù)是偶函數(shù),圖象關(guān)于y軸對稱,由P(|X|≤3)=23,可得P(0<X≤3)=13,因為P(1<X≤3)=112,所以P(0<X<1)=13-112=14,因此P(-1<X<0)=14,11.(2025·江西名校聯(lián)盟)已知某客運輪渡最大載客質(zhì)量為4000kg,且乘客的體重(單位:kg)服從正態(tài)分布N(60,100).(1)記X為任意兩名乘客中體重超過70kg的人數(shù),求X的分布列及數(shù)學期望(所有結(jié)果均精確到0.001);(2)設(shè)隨機變量Xi(i=1,2,…,n)相互獨立,且服從正態(tài)分布N(μ,σ2),記ξ=∑i=1nXi-nμnσ,則當n≥20時,可認為ξ服從標準正態(tài)分布N(0,附:若隨機變量η服從正態(tài)分布N(μ,σ2),則P(μ-σ<η<μ+σ)=0.6826;若ξ服從標準正態(tài)分布N(0,1),則P(ξ<2)=0.977;0.15872≈0.0252,0.84132≈0.7078,0.1587×0.8413≈0.1335.解:(1)由乘客的體重(單位:kg)服從正態(tài)分布N(60,100)可得μ=60,σ=10,則可得P(X>70)=P(X>μ+σ)=1-P(μ-σ<X<即任意一名乘客體重大于70kg的概率為0.1587,則X的所有可能取值為0,1,2,P(X=0)=(1-0.1587)2≈0.708,P(X=1)=C21(1-0.1587)×0.1587≈0.P(X=2)=0.15872≈0.025,所以X的分布列為X012P0.7080.2670.025期望值為E(X)≈0×0.708+1×0.267+2×0.025=0.317.(2)設(shè)Xi為第i(

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