高考数学 专题47 随机变量及其分布黄金解题模板.docx
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高考数学专题47随机变量及其分布黄金解题模板
2019-2020年高考数学专题47随机变量及其分布黄金解题模板
【高考地位】
随机变量及其分布列是高考中的常考知识点，主要考查离散型随机变量及其分布列、离散型随机变量均值、方差的概念，重点考查n次独立重复试验的模型及二项分布，往往涉及古典概型、二项式定理等内容，其难度不会太大，但题型可能较灵活，背景更新颖．在高考中主要以选择题、填空题和解答题的形式考查，其试题难度属中档题.
【方法点评】
类型一离散型随机变量的分布列的求法
使用情景：
离散型随机变量的分布列的求法
解题模板：
第一步明确随机变量可能取哪些值；
第二步结合事件特点选取恰当的计算方法计算这些可能取值的概率值；
第三步按要求画出其分布列即可.
例1【xx辽宁凌源市联考】虽然吸烟有害健康，但是由于历史以及社会的原因，吸烟也是部分公民交际的重要媒介．世界卫生组织1987年11月建议把每年的4月7日定为世界无烟日，且从1989年开始，世界无烟日改为每年的5月31日．某报社记者专门对吸烟的市民做了戒烟方面的调查，经抽样只有的烟民表示愿意戒烟，将频率视为概率．
（1）从该市吸烟的市民中随机抽取3位，求至少有一位烟民愿意戒烟的概率；
（2）从该市吸烟的市民中随机抽取4位，表示愿意戒烟的人数，求的分布列及数学期望．
【变式演练1】【xx广西两校联考】交强险是车主必须为机动车购买的险种，若普通6座以下私家车投保交强险第一年的费用（基准保费）统一为元，在下一年续保时，实行的是费率浮动机制，保费与上一年度车辆发生道路交通事故的情况相联系，发生交通事故的次数越多，费率也就越高，具体浮动情况如表：
交强险浮动因素和浮动费率比率表
浮动因素
浮动比率
上一个年度未发生有责任道路交通事故
下浮10%
上两个年度未发生有责任道路交通事故
下浮20%
上三个及以上年度未发生有责任道路交通事故
下浮30%
上一个年度发生一次有责任不涉及死亡的道路交通事故
0%
上一个年度发生两次及两次以上有责任道路交通事故
上浮10%
上一个年度发生有责任道路交通死亡事故
上浮30%
某机构为了研究某一品牌普通6座以下私家车的投保情况，随机抽取了60辆车龄已满三年的该品牌同型号私家车的下一年续保时的情况，统计得到了下面的表格：
类型
数量
10
5
5
20
15
5
以这60辆该品牌车的投保类型的频率代替一辆车投保类型的概率，完成下列问题：
按照我国《机动车交通事故责任强制保险条例》汽车交强险价格的规定，.某同学家里有一辆该品牌车且车龄刚满三年，记为该品牌车在第四年续保时的费用，求的分布列与数学期望值；（数学期望值保留到个位数字）
某二手车销售商专门销售这一品牌的二手车，且将下一年的交强险保费高于基本保费的车辆记为事故车.假设购进一辆事故车亏损5000元，一辆非事故车盈利10000元：
①若该销售商购进三辆（车龄已满三年）该品牌二手车，求这三辆车中至多有一辆事故车的概率；
②若该销售商一次购进100辆（车龄已满三年）该品牌二手车，求他获得利润的期望值.
②设为该销售商购进并销售一辆二手车的利润，的可能取值为-5000,10000.
所以的分布列为：
-5000
10000
所以
.
所以该销售商一次购进100辆该品牌车龄已满三年的二手车获得利润的期望为万元.
【变式演练2】【xx广西玉林市陆川中模拟】某互联网理财平台为增加平台活跃度决定举行邀请好友拿奖励活动，规则是每邀请一位好友在该平台注册，并购买至少1万元的12月定期，邀请人可获得现金及红包奖励，现金奖励为被邀请人理财金额的，且每邀请一位最高现金奖励为300元，红包奖励为每邀请一位奖励50元．假设甲邀请到乙、丙两人，且乙、丙两人同意在该平台注册，并进行理财，乙、丙两人分别购买1万元、2万元、3万元的12月定期的概率如下表：
理财金额
万元
万元
万元
乙理财相应金额的概率
丙理财相应金额的概率
（1）求乙、丙理财金额之和不少于5万元的概率；
（2）若甲获得奖励为元，求的分布列与数学期望．
类型二超几何分布问题的求解
使用情景：
超几何分布的实际应用
解题模板：
第一步分析题意，写出随机变量的所有可能取值以及辨别是否属于古典概型；
第二步运用古典概型的计算概率公式计算随机变量所有取值所对应的概率；
第三步画出随机变量的分布列并得出结论.
例2.【xx湖南两校联考】微信是现代生活进行信息交流的重要工具，随机对使用微信的60人进行了统计，得到如下数据统计表，每天使用微信时间在两小时以上的人被定义为“微信达人”，不超过2两小时的人被定义为“非微信达人”，己知“非微信达人”与“微信达人”人数比恰为3：
2．
（1）确定x，y，p，q的值，并补全频率分布直方图；
（2）为进一步了解使用微信对自己的日常工作和生活是否有影响，从“微信达人”和“非微信达人”60人中用分层抽样的方法确定10人，若需从这10人中随机选取3人进行问卷调查，设选取的3人中“微信达人”的人数为X，求X的分布列和数学期望．
使用微信时间（单位：
小时）
频数
频率
（0，0.5]
3
0.05
（0.5，1]
x
p
（1，1.5]
9
0.15
（1.5，2]
15
0.25
（2，2.5]
18
0.30
（2.5，3]
y
q
合计
60
1.00
的分布列为：
ξ
0
1
2
3
P
【变式演练3】【xx山东济南外国语学校模拟】2017年3月29日，中国自主研制系全球最大水陆两栖飞机AG600将于xx年5月计划首飞，AG600飞机的用途很多，最主要的是森林灭火、水上救援、物资运输、海洋探测、根据灾情监测情报部门监测得知某个时间段全国有10起灾情，其中森林灭火2起，水上救援3起，物资运输5起，现从10起灾情中任意选取3起.
（1）求三种类型灾情中各取到1个的概率；
（2）设表示取到的森林灭火的数目，求的分布列与数学期望.
点睛：
古典概型中基本事件数的探求方法
（1）列举法.
（2）树状图法：
适合于较为复杂的问题中的基本事件的探求.对于基本事件有“有序”与“无序”区别的题目，常采用树状图法.（3）列表法：
适用于多元素基本事件的求解问题，通过列表把复杂的题目简单化、抽象的题目具体化.（4）排列组合法：
适用于限制条件较多且元素数目较多的题目
类型三二项分布问题的求解
使用情景：
二项分布的实际应用
解题模板：
第一步首先写出随机变量的所有可能取值以及辨别是否是独立重复试验；
第二步运用二项分布随机变量所对应的各自的概率；
第三步画出分布列表即可得出结论.
例3．【xx湖南五市十校教研教改共同体联考】“一带一路”近年来成为了百姓耳熟能详的热门词汇，对于旅游业来说，“一带一路”战略的提出，让“丝路之旅”超越了旅游产品、旅游线路的简单范畴，赋予了旅游促进跨区域融合的新理念.而其带来的设施互通、经济合作、人员往来、文化交融更是将为相关区域旅游发展带来巨大的发展机遇.为此，旅游企业们积极拓展相关线路；各地旅游主管部门也在大力打造丝路特色旅游品牌和服务.某市旅游局为了解游客的情况，以便制定相应的策略.在某月中随机抽取甲、乙两个景点10天的游客数，统计得到茎叶图如下：
（1）若将图中景点甲中的数据作为该景点较长一段时期内的样本数据，以每天游客人数频率作为概率.今从这段时期内任取4天，记其中游客数超过130人的天数为，求概率；
（2）现从上图20天的数据中任取2天的数据（甲、乙两景点中各取1天），记其中游客数不低于125且不高于135人的天数为，求的分布列和数学期望.
【变式演练4】【xx衡水金卷高三大联考】如今我们的互联网生活日益丰富，除了可以很方便地网购，网上叫外卖也开始成为不少人日常生活中不可或缺的一部分.为了解网络外卖在市的普及情况，市某调查机构借助网络进行了关于网络外卖的问卷调查，并从参与调查的网民中抽取了200人进行抽样分析，得到下表：
（单位：
人）
（1）根据以上数据，能否在犯错误的概率不超过0.15的前提下认为市使用网络外卖的情况与性别有关？
（2）①现从所抽取的女网民中利用分层抽样的方法再抽取5人，再从这5人中随机选出3人赠送外卖优惠券，求选出的3人中至少有2人经常使用网络外卖的概率；
②将频率视为概率，从市所有参与调查的网民中随机抽取10人赠送礼品，记其中经常使用网络外卖的人数为，求的数学期望和方差.
参考公式：
，其中.
参考数据：
【高考再现】
1【xx山东，理18】（本小题满分12分）在心理学研究中，常采用对比试验的方法评价不同心理暗示对人的影响，具体方法如下：
将参加试验的志愿者随机分成两组，一组接受甲种心理暗示，另一组接受乙种心理暗示，通过对比这两组志愿者接受心理暗示后的结果来评价两种心理暗示的作用，现有6名男志愿者A1，A2，A3，A4，A5，A6和4名女志愿者B1，B2，B3，B4，从中随机抽取5人接受甲种心理暗示，另5人接受乙种心理暗示.
（I）求接受甲种心理暗示的志愿者中包含A1但不包含的频率。
（II）用X表示接受乙种心理暗示的女志愿者人数，求X的分布列与数学期望EX.
【答案】（I）（II）X的分布列为
X
0
1
2
3
4
P
X的数学期望是.
因此X的分布列为
X
0
1
2
3
4
P
X的数学期望是
=
【考点】1.古典概型.2.随机变量的分布列与数学期望.3.超几何分布.
【名师点睛】本题主要考查古典概型的概率公式和超几何分布概率计算公式、随机变量的分布列和数学期望.解答本题，首先要准确确定所研究对象的基本事件空间、基本事件个数，利用超几何分布的概率公式.本题属中等难度的题目，计算量不是很大，能很好的考查考生数学应用意识、基本运算求解能力等.
2.【xx课标1，理19】为了监控某种零件的一条生产线的生产过程，检验员每天从该生产线上随机抽取16个零件，并测量其尺寸（单位：
cm）．根据长期生产经验，可以认为这条生产线正常状态下生产的零件的尺寸服从正态分布．
（1）假设生产状态正常，记X表示一天内抽取的16个零件中其尺寸在之外的零件数，求及的数学期望；
（2）一天内抽检零件中，如果出现了尺寸在之外的零件，就认为这条生产线在这一天的生产过程可能出现了异常情况，需对当天的生产过程进行检查．
（ⅰ）试说明上述监控生产过程方法的合理性；
（ⅱ）下面是检验员在一天内抽取的16个零件的尺寸：
9.95
10.12
9.96
9.96
10.01
9.92
9.98
10.04
10.26
9.91
10.13
10.02
9.22
10.04
10.05
9.95
经计算得，
，其中为抽取的第个零件的尺寸，．
用样本平均数作为的估计值，用样本标准差作为的估计值，利用估计值判断是否需对当天的生产过程进行检查？
剔除之外的数据，用剩下的数据估计和（精确到0.01）．
附：
若随机变量服从正态分布，则
，
，．
（ii）由，得的估计值为，的估计值为，由样本数据可以看出有一个零件的尺寸在之外，因此需对当天的生产过程进行检查.
剔除之外的数据9.22，剩下数据的平均数为
，因此的估计值为10.02.
，剔除之外的数据9.22，剩下数据的样本方差为
，
因此的估计值为.
【考点】正态分布，随机变量的期望和方差.
【名师点睛】数学期望是离散型随机变量中重要的数学概念，反应随机变量取值的平均水平.求解离散型随机变量的分布列、数学期望时，首先要分清事件的构成与性质，确定离散型随机变量的所有取值，然后根据概率类型选择公式，计算每个变量取每个值的概率，列出对应的分布列，最后求出数学期望.正态分布是一种重要的分布，之前考过一次，尤其是正态分布的原则.
3.【xx课标II，理18】海水养殖场进行某水产品的新、旧网箱养殖方法的产量对比，收获时各随机抽取了100个网箱，测量各箱水产品的产量（单位：
kg）某频率分布直方图如下：
（1）设两种养殖方法的箱产量相互独立，记A表示事件：
“旧养殖法的箱产量低于50kg,新养殖法的箱产量不低于50kg”，估计A的概率；
（2）填写下面列联表，并根据列联表判断是否有99%的把握认为箱产量与养殖方法有关：
箱产量＜50kg
箱产量≥50kg
旧养殖法
新养殖法
（3）根据箱产量的频率分布直方图，求新养殖法箱产量的中位数的估计值（精确到0.01）
附：
【答案】
（1）；
（2）有的把握认为箱产量与养殖方法有关；
（3）。
（2）根据箱产量的频率分布直方图得列联表
箱产量
箱产量
旧养殖法
62
38
新养殖法
34
66
由于，故有的把握认为箱产量与养殖方法有关。
（3）因为新养殖法的箱产量频率分布直方图中，箱产量低于的直方图面积为
，
箱产量低于的直方图面积为
，
故新养殖法箱产量的中位数的估计值为
。
【考点】独立事件概率公式；独立性检验原理；频率分布直方图估计中位数。
【名师点睛】利用独立性检验，能够帮助我们对日常生活中的实际问题作出合理的推断和预测。
独立性检验就是考察两个分类变量是否有关系，并能较为准确地给出这种判断的可信度，随机变量的观测值值越大，说明“两个变量有关系”的可能性越大。
利用频率分布直方图求众数、中位数和平均数时，应注意三点：
①最高的小长方形底边中点的横坐标即是众数；②中位数左边和右边的小长方形的面积和是相等的；③平均数是频率分布直方图的“重心”，等于频率分布直方图中每个小长方形的面积乘以小长方形底边中点的横坐标之和。
4.【xx北京，理17】为了研究一种新药的疗效，选100名患者随机分成两组，每组各50名，一组服药，另一组不服药.一段时间后，记录了两组患者的生理指标x和y的数据，并制成下图，其中“*”表示服药者，“+”表示未服药者.
（Ⅰ）从服药的50名患者中随机选出一人，求此人指标y的值小于60的概率；
（Ⅱ）从图中A，B，C，D四人中随机.选出两人，记为选出的两人中指标x的值大于1.7的人数，求的分布列和数学期望E（）；
（Ⅲ）试判断这100名患者中服药者指标y数据的方差与未服药者指标y数据的方差的大小.（只需写出结论）
【答案】（Ⅰ）0.3；（Ⅱ）详见解析；（Ⅲ）在这100名患者中，服药者指标数据的方差大于未服药者指标数据的方差.
所以的分布列为
0
1
2
故的期望
.
（Ⅲ）在这100名患者中，服药者指标数据的方差大于未服药者指标数据的方差.
【考点】1.古典概型；2.超几何分布；3.方差的定义.
【名师点睛】求分布列的三种方法
1．由统计数据得到离散型随机变量的分布列；
2．由古典概型求出离散型随机变量的分布列；
3．由互斥事件的概率、相互独立事件同时发生的概率及n次独立重复试验有k次发生的概率求离散型随机变量的分布列．
5.【xx天津，理16】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.
（Ⅰ）设表示一辆车从甲地到乙地遇到红灯的个数，求随机变量的分布列和数学期望；
（Ⅱ）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.
【答案】
（1）
（2）
所以，随机变量的分布列为
0
1
2
3
随机变量的数学期望
.
6.【xx课标3，理18】某超市计划按月订购一种酸奶，每天进货量相同，进货成本每瓶4元，售价每瓶6元，未售出的酸奶降价处理，以每瓶2元的价格当天全部处理完.根据往年销售经验，每天需求量与当天最高气温（单位：
℃）有关.如果最高气温不低于25，需求量为500瓶；如果最高气温位于区间[20，25），需求量为300瓶；如果最高气温低于20，需求量为200瓶．为了确定六月份的订购计划，统计了前三年六月份各天的最高气温数据，得下面的频数分布表：
最高气温
[10，15）
[15，20）
[20，25）
[25，30）
[30，35）
[35，40）
天数
2
16
36
25
7
4
以最高气温位于各区间的频率代替最高气温位于该区间的概率.
（1）求六月份这种酸奶一天的需求量X（单位：
瓶）的分布列；
（2）设六月份一天销售这种酸奶的利润为Y（单位：
元）.当六月份这种酸奶一天的进货量n（单位：
瓶）为多少时，Y的数学期望达到最大值？
【答案】
（1）分布列略；
（2）n=300时，Y的数学期望达到最大值，最大值为520元.
【解析】
【考点】离散型随机变量的分布列；数学期望；
【名师点睛】离散型随机变量的分布列指出了随机变量X的取值范围以及取各值的概率；要理解两种特殊的概率分布——两点分布与超几何分布；并善于灵活运用两性质：
一是pi≥0（i＝1,2，…）；二是p1＋p2＋…＋pn＝1检验分布列的正误.
【反馈练习】
1．【xx四川德阳三校联考】为了引导居民合理用电，国家决定实行合理的阶梯电价，居民用电原则上以住宅为单位（一套住宅为一户）.
阶梯级别
第一阶梯
第二阶梯
第三阶梯
月用电范围（度）
（0,210]
（210,400]
某市随机抽取10户同一个月的用电情况，得到统计表如下：
居民用电户编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
用电量（度）
53
86
90
124
132
200
215
225
300
410
若规定第一阶梯电价每度0.5元，第二阶梯超出第一阶梯的部分每度0.6元，第三阶梯超出第二阶梯的部分每度0.8元，试计算A居民用电户用电410度时应交电费多少元？
现要在这10户家庭中任意选取3户，求取到第二阶梯电量的户数的分布列与期望；
以表中抽到的10户作为样本估计全市的居民用电，现从全市中依次抽取10户，若抽到户用电量为第一阶梯的可能性最大，求的值.
【答案】
（1）分布列见解析，
（2）
故的分布列是
0
1
2
3
所以
可知从全市中抽取10户的用电量为第一阶梯，满足，可知
解得，
所以当时，概率最大，所以
2．【xx齐齐哈尔八中三模】某教师调查了名高三学生购买的数学课外辅导书的数量，将统计数据制成如图所示的条形图.
（1）若该教师从这名学生中任取人，记这人所购买的数学课外辅导书的数量之和为，求的概率；
（2）从这名学生中任取人，记表示这人所购买的数学课外辅导书的数量之差的绝对值.求的分布列和数学期望.
【答案】
（1）；
（2）
试题解析：
3．【xx福建四校联考】某学校为倡导全体学生为特困学生捐款，举行“一元钱，一片心，诚信用水”活动，学生在购水处每领取一瓶矿泉水，便自觉向捐款箱中至少投入一元钱。
现统计了连续5天的售出和收益情况，如下表：
售出水量x（单位：
箱）
7
6
6
5
6
收益y（单位：
元）
165
142
148
125
150
（Ⅰ）若x与y成线性相关，则某天售出8箱水时，预计收益为多少元？
（Ⅱ）期中考试以后，学校决定将诚信用水的收益，以奖学金的形式奖励给品学兼优的特困生，规定：
特困生考入年级前200名，获一等奖学金500元；考入年级201—500名，获二等奖学金300元；考入年级501名以后的特困生将不获得奖学金。
甲、乙两名学生获一等奖学金的概率均为，获二等奖学金的概率均为，不获得奖学金的概率均为.
⑴在学生甲获得奖学金条件下，求他获得一等奖学金的概率；
⑵已知甲、乙两名学生获得哪个等第的奖学金是相互独立的，求甲、乙两名学生所获得奖学金总金额X的分布列及数学期望。
附：
，。
【答案】（Ⅰ）186元；（Ⅱ）
（1）；
（2）分布列见解析，期望为600.
（Ⅱ）⑴设事件A为“学生甲获得奖学金”，事件B为“学生甲获得一等奖学金”，
则即学生甲获得奖学金的条件下，获得一等奖学金的概率为
⑵X的取值可能为0，300，500，600，800，1000
，
，
，
，
即的分布列为：
（元）
4．【xx广西贺州桂梧高中联考】为了检测某轮胎公司生产的轮胎的宽度，需要抽检一批轮胎（共10个轮胎），已知这批轮胎宽度（单位：
）的折线图如下图所示：
（1）求这批轮胎宽度的平均值；
（2）现将这批轮胎送去质检部进行抽检，抽检方案是：
从这批轮胎中任取5个作检验，这5个轮胎的宽度都在内，则称这批轮胎合格，如果抽检不合格，就要重新再抽检一次，若还是不合格，这批轮胎就认定不合格.
求这批轮胎第一次抽检就合格的概率；
记为这批轮胎的抽检次数，求的分布列及数学期望.
【答案】
（1）195（mm）
（2）2
故这批轮胎第一次抽检就合格的概率为.
的可能取值为1,2，，.
则的分布列为：
故
.
5．【xx黑龙江齐齐哈尔一模】2016年6月22日，“国际教育信息化大会”在山东青岛开幕.为了解哪些人更关注“国际教育信息化大会”，某机构随机抽取了年龄在15-75岁之间的100人进行调查，经统计“青少年”与“中老年”的人数之比为9:
11.
（1）根据已知条件完成下面的列联表,并判断能否有的把握认为“中老年”比“青少年”更加关注“国际教育信息化大会”；
（2）现从抽取的青少年中采用分层抽样的办法选取9人进行问卷调查.在这9人中再选取3人进行面对面询问，记选取的3人中关注“国际教育信息化大会”的人数为，求的分布列及数学期望.
附:
参考公式
，其中.
临界值表：
【答案】
（1）列联表见解析，有的把握认为“中老年”比“青少年”更加关注“国际教育信息化大会”.
（2）分布列见解析，
（2）根据题意知选出关注的人数为3，不关注的人数为6，在这9人中再选取3人进行面对面询问，的取值可以为0，1，2，3，则
，
，
，.
所以的分布列为
数学期望
.
6.【xx陕西西安联考】某单位N名员工参加“社区低碳你我他”活动，他们的年龄在25岁至50岁之间，按年龄分组：
第1组，第2组，第3组，第4组，第5组，得到的频率分布图如图所示，下表是年龄的频率分布表.
（1）现要从年龄较小的第组中用分层抽样的方法抽取6人，则年龄第组人数分别是多少？
（2）在
（1）的条件下，从这6中随机抽取2参加社区宣传交流活动，X表示第3组中抽取的人数，求X的分布列和期望值
【答案】
（1）年龄第1，2，3组人数分别是1人，1
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