本题导读
本题是整卷的压轴大题,考查随机变量的分布、期望计算以及概率的大小比较。第一问考查基础概率模型;第二问需要对分组规律进行深度抽象,建立组合数模型;第三问则要求运用数学归纳法证明不等式,对逻辑严密性和代数运算能力有极高要求。
📌【题干】
Question
(2014年江西卷(理)) 随机将 这 个连续正整数分成 两组,每组 个数. 组最小数为 ,最大数为 ;组最小数为 ,最大数为 .记 .
(1) 当 时,求 的分布列和数学期望;
(2) 令 表示事件 与 的取值恰好相等,求事件 发生的概率 ;
(3) 对(2)中的事件 , 表示 的对立事件,判断 和 的大小关系,并说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问: 时总数 6,选 3 个数进 组共有 种情况。枚举 的可能取值(2, 3, 4, 5),计算每种情况下的组合数。
- 第二问: 的本质是 组和 组的最大值与最小值之差相等。通过分类讨论 的相对位置,寻找对称性。
- 当 时,手动枚举。
- 当 时,利用组合规律:若 ,则分组方法数为 (此处需对“跨度”进行模型抽象)。
- 第三问:比较 与 的大小。利用第二问求得的通项式,通过数学归纳法证明在 时,,即 。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
(1) 解: 当 时,从 6 个数中任取 3 个入 组,共有 种。 的取值范围为 。
- : 可为 。中间必选 1 个数。共 种。。
- : 可为 。中间选 1 个数(2 选 1)。共 种。。
- : 可为 。中间选 1 个数(3 选 1)。共 种。。
- : 必为 。中间选 1 个数(4 选 1)。共 种。。
分布列如下:
期望 。
(2) 解: 通过归纳规律可知, 和 相等的所有可能值为 。 经组合分析: 当 时,。 当 时,满足条件的样本数为 。 故 。
(3) 解: 结论:当 时,;当 时,。
证明(针对 ): 即证 ,等价于 ①。
- 当 时,左边 ,右边 ,成立。
- 假设 () 时 ① 成立。
- 当 时,左边 。 经代数变形:。 通过阶乘比值计算可知,上述结果小于 (即右边)。 故 时成立。 综上, 时,。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:离散型随机变量的分布列与期望、组合计数与数学归纳法。
核心方法:由特殊到一般,先枚举建模,再用数学归纳法处理组合数放缩。
避坑指南:注意 是一个特例,在得出结论时必须分类讨论。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 超几何分布、期望的线性性质、Stirling 公式(用于大 下的近似估计)。
结论推广: 此类问题属于“统计顺序量”的范畴,最大值与最小值的差称为极差(Range)。
方法推广: 复杂的组合数不等式证明,常用数学归纳法配合组合数性质 。
🔗【关联脉络】
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