本题导读

本题考查离散型随机变量的分布列。核心在于分类讨论法、间接法(对立事件)的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2019年江苏卷)在平面直角坐标系 中,设点集: , , ,。 令 。从集合 中任取两个不同的点,用随机变量 表示它们之间的距离。

(1)当 时,求 的概率分布;

(2)对给定的正整数 (),求概率 (用 表示)。

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 集合规模分析:
  • 有 个点, 有 个点, 有 个点。
  • 总点数 。
  • 任取两点的总方法数为 。
  1. 第一问(n=1):
  • 此时总点数为 个点。
  • 列举所有可能的点对距离,计算每种距离出现的频数,得出概率分布列。
  1. 第二问(n≥3):
  • 对立事件:。
  • 寻找 的点对:设两点坐标分别为 和 。
  • 距离公式 。
  • 若 ,则 ,不符合。
  • 若 ,则 。要使 ,需 ,即 。唯一可能的情况是 。
  • 若 ,则 。要使 ,需 。在 时,若 ,则 ,当 时,,故 。唯一可能的情况是 。

✅【答案】

点击查看答案

(1),,(当 )。

(2)。

✍【详细解析】

Abstract

(1)解: 当 时,。共 6 个点。 基本事件总数为 。 的可能取值为:。

  • 的点对:相邻的横向或纵向点,共 7 对。。
  • 的点对:单位正方形的对角线,共 4 对。。
  • 的点对:与,与,共 2 对。。
  • 的点对:与,与,共 2 对。。 其分布列为:

(2)解: 总方法数为 。考虑 的情况:

  1. 两点分别在 层和 层: 。 唯一可能:。点对为 和 ,共 2 种。
  2. 两点分别在 层和 层: 同理,唯一可能:。点对为 和 ,共 2 种。
  3. 两点分别在 层和 层: 。 当 时,若 ,则 (因 )。 故必须 。点对为 和 ,共 2 种。
  4. 同层点:,无 情况。

综上, 的取法共有 种。 则 。 所以 。 注:。 故 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 压轴题的切入点:面对大批量的可能情况,正难则反。判断 远比判断 简单,因为大部分点对距离都小于或等于 。
  2. 的限制用意:在 或 时, 可能会大于 ,从而产生额外的 的情况。题目给定 是为了锁定只有横跨两端(横坐标差为 )的点对才可能满足条件。
  3. 几何直观:将点集在大脑中构造成三行点阵。 层只有两个端点,这种稀疏性是解题的突破口。

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 分类标准:按纵坐标差 分类:。
  • 极端位置法:在处理不等式约束时,优先检查区间端点(如 )。
  • 组合数应用:总数 是此类“任取两点”问题的标准分母。

🔗【关联脉络】

Multi column