本题导读
本题考查古典概型与组合计数。
📌【题干】
Question
(2012年江苏卷) 设 为随机变量,从棱长为 的正方体的 条棱中任取两条,当两条棱相交时,;当两条棱平行时, 的值为两条棱之间的距离;当两条棱异面时,.
(1) 求概率 ;
(2) 求 的分布列,并求其数学期望 .
🔍【思路分析】
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;分布列为 ,,;。
✅【答案】
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(1) ;(2) ,,,
✍【详细解析】
Abstract
从 条棱中任取两条,共有 种取法。
(1)正方体的每个顶点有 条棱相交于该点,因此相交的棱对有 对。每一对相交棱只有一个公共顶点,所以没有重复计数。因而 。
(2)按棱的方向分类,正方体有 个方向,每个方向有 条互相平行的棱,所以平行的棱对有 对。对于同一方向的 条棱,在垂直于该方向的正方形中对应四个顶点;其中相邻顶点给出距离 ,有 对;两个对角顶点给出距离 ,有 对。因此距离为 的平行棱对有 对,距离为 的平行棱对有 对。
其余棱对为异面棱对,数目为 ,这些棱对满足 。
所以 ,,,这就是 的分布列。
从而 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:组合计数不重不漏的分类;正方体棱的三类位置关系;分布列与期望的计算
核心方法:相交按顶点计(每对相交棱恰有一个公共顶点,不重不漏);平行按方向分组后在小正方形内数对
避坑指南:平行且距离为 的棱对 (距离 即棱长),与异面棱对合并进 ;把平行距离 单列成第三个取值是本题最典型的错法。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:正方体棱的随机变量题,与 2014 年江苏卷第 22 题、2014 年四川卷理第 17 题同族。
结论推广:正方体 条棱中:相交 对、平行 对(距离 的 对、 的 对)、异面 对,这组数据可直接作为结论记住。
方法推广:几何对象上的随机变量:先定总取法 → 按位置关系不重不漏分类(每类找独立计数基准)→ 合并相同取值的概率再求期望。
🔗【关联脉络】
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