本题导读
本题通过水电站建设决策的实际背景,考查二项分布概率计算及离散型随机变量数学期望的应用。关键在于根据年入流量的概率分布,建立不同安装台数下的利润分布列并比较均值。
📌【题干】
Question
(2014年湖北卷(理)) 计划在某水库建一座至多安装 3 台发电机的水电站,过去 50 年的水文资料显示,水库年入流量 (单位:亿立方米)都在 40 以上.其中,不足 80 的年份有 10 年,不低于 80 且不超过 120 的年份有 35 年,超过 120 的年份有 5 年.将年入流量在以上三段的频率作为相应段的概率,并假设各年的年入流量相互独立.
(1) 求未来 4 年中,至多 1 年的年入流量超过 120 的概率;
(2) 水电站希望安装的发电机尽可能运行,但每年发电机最多可运行台数受年入流量 限制,并有如下关系:
年入流量 发电量最多可运行台数 1 2 3 若某台发电机运行,则该台年利润为 5000 万元;若某台发电机未运行,则该台年亏损 800 万元.欲使水电站年总利润的均值达到最大,应安装发电机多少台?
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问:根据水文资料计算各阶段入流量概率。识别为独立重复试验,利用二项分布公式 计算“至多 1 年”即 。
- 第二问:核心是数学期望对比决策。
- 设安装台数为 ()。
- 设年总利润为 。
- 分别写出 时 的分布列,计算对应的数学期望 。
- 比较各 的大小,选出最大值对应的 。
✅【答案】
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(2) 决策分析(求期望最大值)
✍【详细解析】
Abstract
(1) 计算概率 由题意,各段年入流量概率分别为: ; ; 。 设未来 4 年中,年入流量超过 120 的年份数为 ,则 。 至多 1 年超过 120 的概率为:
(2) 决策分析(求期望最大值) 设水电站年总利润为 (单位:万元)。 ① 安装 1 台发电机时: 由于年入流量始终大于 40,发电机必能运行。 , 。
② 安装 2 台发电机时:
- 当 时(),运行 1 台,闲置 1 台:;
- 当 时(),运行 2 台:。 分布列如下: | | 4200 | 10000 | | :--- | :---: | :---: | | | 0.2 | 0.8 | 。
③ 安装 3 台发电机时:
- 当 时(),运行 1 台,闲置 2 台:;
- 当 时(),运行 2 台,闲置 1 台:;
- 当 时(),运行 3 台:。 分布列如下: | | 3400 | 9200 | 15000 | | :--- | :---: | :---: | :---: | | | 0.2 | 0.7 | 0.1 | 。
对比: 因为 ,所以安装 2 台发电机时年总利润均值最大。 故应安装发电机 2 台。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:二项分布与离散型随机变量的期望决策
核心方法:求概率后算 ,分别列三种台数下的利润分布列比较期望
避坑指南:注意审题与运算细节。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 二项分布与数学期望
结论推广: 至多 1 年超 120 的概率为 。
方法推广: 可迁移到二项分布概率与期望对比决策类题
🔗【关联脉络】
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