本题导读

本题考查频率分布与平均数。核心在于统计法/用频率估计概率、代数法/期望的定义法与线性性质的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2022年北京卷) 在校运动会上,只有甲、乙、丙三名同学参加铅球比赛,比赛成绩达到 以上(含 )的同学将获得优秀奖.为预测获得优秀奖的人数及冠军得主,收集了甲、乙、丙以往的比赛成绩,并整理得到如下数据(单位:):

  • 甲:9.80,9.70,9.55,9.54,9.48,9.42,9.40,9.35,9.30,9.25;

  • 乙:9.78,9.56,9.51,9.36,9.32,9.23;

  • 丙:9.85,9.65,9.20,9.16.

假设用频率估计概率,且甲、乙、丙的比赛成绩相互独立.

(Ⅰ)估计甲在校运动会铅球比赛中获得优秀奖的概率;

(Ⅱ)设 是甲、乙、丙在校运动会铅球比赛中获得优秀奖的总人数,估计 的数学期望 ;

(Ⅲ)在校运动会铅球比赛中,甲、乙、丙谁获得冠军的概率估计值最大?(结论不要求证明)

🔍【思路分析】

破题导航

  • 第(Ⅰ)问(求概率):根据“用频率估计概率”的原则,找出甲的所有成绩数据中大于等于 的个数,除以甲的总成绩数据个数即可。

  • 第(Ⅱ)问(求分布列与期望):首先分别求出甲、乙、丙获得优秀奖的概率。由于他们三人是否获奖相互独立,总获奖人数 的可能取值为 。利用独立事件概率乘法公式分别计算每个取值对应的概率,列出分布列后代入期望公式 计算即可。

  • 第(Ⅲ)问(统计预测):冠军得主通常由整体实力的平均水平决定。分别计算三人的平均成绩,平均成绩最高者获得冠军的概率估计值最大。

✅【答案】

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(1)

(2)

(3) 甲获得冠军的概率估计值最大

✍【详细解析】

Abstract

(Ⅰ)估计甲获得优秀奖的概率

由题意可知,甲以往的 次成绩中,大于等于 的成绩有:,共 次。

用频率估计概率,设甲获得优秀奖的概率为 ,则:

答:甲在校运动会铅球比赛中获得优秀奖的概率估计为 。

(Ⅱ)估计 的数学期望

用频率估计概率:

  • 乙以往的 次成绩中有 次大于等于 ,故乙获得优秀奖的概率 ;

  • 丙以往的 次成绩中有 次大于等于 ,故丙获得优秀奖的概率 。

随机变量 表示获得优秀奖的总人数,其所有可能取值为 。

因为甲、乙、丙的比赛成绩相互独立,所以:

P(X=0) = \left(1 - \frac{2}{5}\right) \times \left(1 - \frac{1}{2}\right) \times \left(1 - \frac{1}{2}\right) = \frac{3}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} = \frac{3}{20}$$$$P(X=1) = \frac{2}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} + \frac{3}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} + \frac{3}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} = \frac{2+3+3}{20} = \frac{8}{20} = \frac{2}{5}$$$$P(X=2) = \frac{2}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} + \frac{2}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} + \frac{3}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} = \frac{2+2+3}{20} = \frac{7}{20}$$$$P(X=3) = \frac{2}{5} \times \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} = \frac{2}{20} = \frac{1}{10}

故 的分布列为:

X0123

所以 的数学期望为:

(Ⅲ)判断谁获得冠军的概率最大

计算三人历史成绩的平均值:

  • 甲的平均成绩 ;

  • 乙的平均成绩 ;

  • 丙的平均成绩 。

因为 ,所以甲成绩的平均值最高,其整体实力最强。

故甲获得冠军的概率估计值最大。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

技巧拓展:期望的线性性质(快速求解法)

在第(Ⅱ)问中,计算相互独立事件发生的总次数的期望,可以用期望的线性性质大幅简化计算:

设 分别表示甲、乙、丙是否获奖(获奖为1,未获奖为0)。

显然 均服从两点分布,且总人数 。

因此:

根据期望的线性性质:

这种方法不需要求复杂的分布列,一步即可得出期望,尤其适用于填空题,在解答题中也可以作为绝佳的验算手段,强烈建议掌握!

易错点:

列分布列时,算完所有的概率后,一定要在草稿纸上把所有概率加起来检验是否等于1(本题 ),这是防止中间计算出错的最后一道范围。

📖【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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