2017学年高中数学人教A版选修2-3课堂导学232离散型随机变量的方差.docVIP

2017学年高中数学人教A版选修2-3课堂导学232离散型随机变量的方差.doc

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课堂导学

三点剖析

一、随机变量的方差与标准差的求法

【例1】设X是一个离散型随机变量,其分布列如下表,试求EX,DX.

X

1

0

1

P

12q

q2

思路分析:依题意,先应按分布列的性质,求出q的数值后,再计算出EX与DX.

解析:由于离散型随机变量的分布列满足

(1)pi≥0,i=1,2,3,…;

(2)p1+p2+…+pn+…=1.

解得q=1

故X的分布列为

X

1

0

1

P

温馨提示

解本题时,要防止机械地套用均值与方差的计算公式,即

EX=(1)×+0×(12q)+1×q2=q2;

DX=[1(q2)]2×+(q2)2×(12q)+[1(q2)]2×q2

这是由于忽略了随机变量分布列的性质所出现的误解,求离散型随机变量的均值与方差,应明确随机变量的分布列,若分布列中的概率值是待定常数时,应先求出待定常数后,再求其均值与方差.

二、两点分布、二项分布的方差

【例2】设一次试验的成功率为p,进行100次独立重复试验,求当p为何值时,成功次数的标准差的值最大?并求其最大值.

思路分析:根据题意,可知本题主要考查服从二项分布的随机变量的标准差公式,所以解本题的关键就是找出几个变量之间的关系.

=100p100p2(0≤p≤1)

温馨提示

要求成功次数标准差的最大值,就需先建立标准差关于变量p的函数关系式,另外要注意利用分布列的性质求出定义域0≤p≤1.

三、方差的应用

【例3】海关大楼顶端镶有A、B两面大钟,它们的日走时误差分别为X1、X2(单位:s),其分布列如下:

X1

2

1

0

1

2

P

0.05

0.05

0.8

0.05

0.05

X2

2

1

0

1

2

P

0.1

0.2

0.4

0.2

0.1

根据这两面大钟日走时误差的均值与方差比较这两面大钟的质量.

解:∵EX1=0,EX2=0

∴EX1=EX2

∵DX1=(20)2×0.05+(10)2×0.05+(00)2×0.8+(10)2×0.05+(20)2×0.05=0.5

DX2=(20)2×0.1+(10)2×0.2+(00)2×0.4+(10)2×0.2+(21)2×0.1=1.2

∴DX1<DX2

由上可知,A面大钟的质量较好.

温馨提示

各个击破

【类题演练1】若随机事件A在一次试验中发生的概率为2a.随机变量ξ表示在一次试验中发生的次数.

求方差Dξ的最值.

解析:由题意得ξ的分布列为

ξ

0

1

P

1-2a

2a

∴Eξ=0×(1-2a)+1×2a=2a

∴Dξ=(0-2a)2(1-2a)+(1-2a)2

=(1-2a)2a(2a+1-2a)

=2a(1-2a)=4[a]2+

由分布列的性质得0≤1-2a≤1

且0≤2a≤1∴0≤a≤

∴当a=时Dξ最大值为;

当a=0或时Dξ的最小值为0.

【变式提升1】某射击手进行射击练习,每射击5发子弹算一组,一旦命中就停止射击,并进入下一组的练习,否则一直打完5发子弹才能进入下一组练习,若该射手在某组练习中射击命中一次,并且已知他射击一次的命中率为0.8,求在这一组练习中耗用子弹数ξ的分布列,并求出ξ的期望Eξ与方差Dξ(保留两位小数).

解析:该组练习耗用的子弹数ξ为随机变量,ξ可以取值为1,2,3,4,5.

ξ≈1表示一发即中,故概率为

P(ξ=1)=0.8

ξ=2,表示第一发未中,第二发命中,

故P(ξ=2)=(10.8)×0.8=0.16;

ξ=3,表示第一、二发未中,第三发命中,

故P(ξ=3)=(10.8)2×0.8=0.032;

ξ=4,表示第一、二、三发未中,第四发命中,

故P(ξ=4)=(10.8)3×0.8=0.0064;

ξ=5,表示第一、二、三、四发未中,第五发命中,

故P(ξ=5)=(10.8)4=0.0016,因此,它的分布列为

ξ

1

2

3

4

5

P

0.8

0.16

0.032

0.0064

0.0016

Eξ=1×0.8+2×0.16+3×0.032+4×0.0064+5×0.0016=1.25.

Dξ=(11.25)2×0.8+(21.25)2×0.16+(31.25)2×0.032+(41.25)2×0.0064+(51.25)2×0.0016=0.31.

【类题演练2】若随机变量A在一次试验中发生的概率为p(0<p<1),用随机变量ξ表示A在1次试验中发生的次数.

(1)求方差Dξ的最大值;

解析:随机变量ξ的所有可能取值为0,1,并且有P(ξ=1)=p,P(ξ=0)=1p,从而Eξ=0×(1p)+1×p=p,Dξ=(0p)2×(1p)+(1p)2×p=pp2.

(1)Dξ=pp2=(p)2+,

∵0<p<1,

∴当p=时,Dξ取得最大值为.

【变式提升2】证明:事件在一次实验中发生的次数的方差不超

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