本题导读

本题考查离散型随机变量及其分布列。核心在于穷举与分类讨论、期望公式法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2021年北京卷)为加快新冠肺炎检测效率,某检测机构采取“ 合 1 检测法”,即将 个人的拭子样本合并检测:若为阴性,则可以确定所有样本都是阴性的;若为阳性,则还需要对本组的每个人再做检测.现有 100 人,已知其中 2 人感染病毒.

(1)① 若采用“10 合 1 检测法”,且两名患者同一组,求总检测次数;

② 已知 10 人分成一组,分 10 组,两名感染患者在同一组的概率为 ,定义随机变量 为总检测次数,求检测次数 的分布列和数学期望 ;

(2)若采用“5 合 1 检测法”,检测次数 的期望为 ,试比较 和 的大小(直接写出结果).

🔍【思路分析】

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“ 合 1 检测法”核心逻辑解析:

总人数 ,每组 人,共分成 组。

  • 第一轮检测:不论情况如何,必须先检测所有的组,即基础检测次数为 次。

  • 第二轮检测:若某组结果为阳性,说明该组内含有感染者,需要将该组的 个人全部单测一遍,每存在一个阳性组,就会增加 次检测。

  • 总次数 = 基础检测次数 + 阳性组数 。

针对本题:

(1)① 已知 2 名患者在同 1 组,说明只有 1 个组呈阳性,带入上述逻辑即可求解。

(1)② 讨论 2 名患者同组或不同组,求出对应 的可能取值,列出分布列并求期望。

(2)虽然原解析中采用了含参讨论,但实际上“5 合 1”检测法下两名患者同组的概率是可以直接由古典概型算出的!算出 的精确值即可做出明确的比较。

✅【答案】

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(1) ① 次

② 分布列见解析,期望

(2)

✍【详细解析】

Abstract

(1)① 计算“10 合 1”且患者同组的总检测次数:

现有 100 人,10 人一组,共分为 10 组。

对每组进行第一轮合并检测,需要检测 10 次;

因为两名感染患者在同一组,所以只有 1 个组的检测结果为阳性。

接着对该阳性组的每个人再进行单人检测,需要再测 10 次;

因此,总检测次数为:(次)。

(1)② 求 的分布列和数学期望:

由题意, 的可能取值取决于两名患者是否在同一组:

  • 当两名感染者在同一组时,只有 1 组呈阳性,需追加 10 次单测,;

  • 当两名感染者在不同组时,有 2 组呈阳性,需对这两组共 20 人进行单测,。

已知患者同组的概率 ,

则患者不同组的概率 。

所以,随机变量 的分布列为:

X2030

数学期望为:

(2)比较 和 的大小:

若采用“5 合 1 检测法”,100 人分为 20 组,基础检测次数为 20 次。

设此时两名患者在同一组的概率为 。

总排法有 种,患者在同一组的排法有 种(即从 20 组中选 1 组,再从该组的 5 人中选 2 人的组合数)。

随机变量 的可能取值为:

  • 若患者同组(1 组阳性):,概率为 ;

  • 若患者不同组(2 组阳性):,概率为 。

计算 的期望:

现比较 与 :

显然 ,即 。

结论:。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:

  1. 现实情境向数学模型的转化:近年高考概率题经常结合实际生活背景。解决此类问题的关键是理清规则,用代数式表示其流程。例如“核酸混检”模型,必须拆解为“普筛次数 + 精确排查次数”两部分。

  2. 离散型随机变量的分布列:明确随机变量所有可能的取值,并确保所有概率之和为 1。

  3. 古典概型求概率:在第二问中,通过全样本空间 和目标样本空间 的组合数比值,准确算出同组的概率,是打破“无法比较”僵局的关键破局点。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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