本题导读
本题考查频率分布直方图的性质。核心在于面积守恒法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2012年广东卷(理)) 某班 50 位学生期中考试数学成绩的频率分布直方图如图所示,其中成绩分组区间是:.
(1)求图中 的值;
(2)从成绩不低于 80 分的学生中随机选取 2 人,该 2 人中成绩在 90 分以上(含 90 分)的人数记为 ,求 的数学期望.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问根据频率分布直方图的固有性质,所有矩形的面积之和(即各组频率之和)恒等于 1。已知组距为 10,直接列出关于 的一元一次方程求解。
- 第二问首先计算对应区间的人数。不低于 80 分的频率段为 和 ,通过“总人数 频率”求出各自的频数。
- 随机变量 服从超几何分布,其可能取值为 0, 1, 2。利用古典概型与组合数公式分别计算出各个取值的对应概率,列出分布列,最后根据数学期望公式 计算出最终结果。
✅【答案】
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(1)
(2)
✍【详细解析】
Abstract
(1)求图中 的值
因为 频率分布直方图中各组距的长度(组距)均为 ,且所有矩形的面积总和等于 , 所以 结合图中的纵坐标数据,列出面积守恒方程:
将相同项合并简化方程:
移项并解得:
(2)求 的数学期望
由题意及(1)可知:
- 成绩在 段的频率为 ,对应人数为 人。
- 成绩在 段的频率为 ,对应人数为 人。
所以,成绩不低于 80 分的学生总人数为 人。 其中,成绩在 90 分以上(含 90 分)的有 人,成绩在 段的有 人。
从这 12 人中随机抽取 2 人,成绩在 90 分以上的人数 的可能取值为 。
结合组合数公式计算各基本事件的概率:
当 时,表示抽到的 2 人全部在 段:
当 时,表示抽到的 2 人中 1 人在 段,1 人在 90 分以上:
当 时,表示抽到的 2 人全部在 90 分以上:
由此得到随机变量 的分布列为:
0 1 2 根据离散型随机变量数学期望的定义,计算 :
所以, 的数学期望为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:频率分布直方图的纵轴意义(频率/组距)、频数与频率的转化、超几何分布概率模型的构建与期望值计算。
- 核心方法:
- 面积守恒法:计算直方图未知参数时,利用 直接锁定。
- 超几何分布模型法:在有限总体的两个异质子集中抽取样本,属于标准的超几何分域计数结构。
- 避坑指南:
- 直方图的纵坐标是 ,而非频率本身。在第一问计算中切勿直接将各个纵坐标相加等于 1,必须乘以组距 。
- 分布列求出后,务必养成自检习惯,核对各分项概率之和是否等于 1: ,确认无误后再计算期望。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题源于人教A版高中数学选择性必修第三册第七章《随机变量及其分布》中关于超几何分布和期望计算的经典高考解答题。
- 结论推广:对于服从超几何分布 的随机变量(即总体大小为 ,其中目标元素有 个,随机不放回抽取 个),其数学期望满足固定的结构通式: 。代入本题参数进行快速校验:已知抽取样本数 ,目标总体数 ,总边界数 ,可直接秒算出: 。
🔗【关联脉络】
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