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剖析高考全国卷中计数原理的几个核心问题 ■湖南省郴州市第二中学 陈 伟 计 数 原 理 、 排 列 组 合 与 二 项 式 定 理 常 出 现 在 高 考 数 学 试 卷 的 选 择 题 与 填 空 题 中 。 该 类 问 题 强 调 数 学 在 生 活 和 生 产 中 的 应 用 价 值 , 是 培 养 同 学 们 数 据 分 析 、 数 学 建 模 、 逻 辑 推 理 、 数 学 运 算 等 数 学 核 心 素 养 的 重 要 工 具 。 下 面 笔 者 根 据 教 材 内 容 和 近 几 年 高 考 题 型 , 对 本 章 内 容 的 几 个 核 心 问 题 进 行 分 析 , 希 望 能 帮 助 同 学 们 更 好 地 进 行 高 考 备 考 复 习 。 一、两个计数原理 1 . 分类计数问题 例 1 设 集 合 A = { ( x 1, x 2, x 3, x 4, x 5) | x i∈{ - 1 , 0 , 1 } , i= 1 , 2 , 3 , 4 , 5 } , 那么集 合 A 中满足条件“ 1 ≤ | x 1 | + | x 2 | + | x 3 | + | x 4 | + | x 5 | ≤ 3 ” 的元素个数为( ) 。 A. 6 0 B . 9 0 C . 1 2 0 D. 1 3 0 解析: 分以下三种情况讨论。 ( 1 ) | x 1 | + | x 2 | + | x 3 | + | x 4 | + | x 5 | = 1 , 则上述五个数中有一个为1或- 1 , 其余四 个数为 零, 此 时 集 合 A 中 的 元 素 有 C 1 5C 1 2 = 1 0 ( 个) ; ( 2 ) | x 1 | + | x 2 | + | x 3 | + | x 4 | + | x 5 | = 2 , 则上述五个数中有两个数为1或- 1 , 其余 三个数为零, 其中这两个数的所有可能 搭 配 有2 2= 4 ( 种) , 此时集合 A 中的元素有4 C 2 5= 4 0 ( 个) ; ( 3 ) | x 1 | + | x 2 | + | x 3 | + | x 4 | + | x 5 | = 3 , 则上述五个数中有三个数为1或- 1 , 其余 两个数为零, 其中这两个数的所有可能 搭 配 有2 3= 8 ( 种) , 此时集合 A 中的元素有8 C 3 5= 8 0 ( 个) 。 综上 所 述, 集 合 A 中 的 元 素 共 有 1 0+ 4 0 + 8 0 = 1 3 0 ( 个) 。故选 D。 点评: 分类计数 是 计 数 原 理 中 非 常 重 要 的方法之一, 理解问题的要求和限制条件非 常关键。将问题中的对象分 成 不 同 的 类 别, 然后分别计算每个类别的计数。解决分类计 数问题需要多多练习, 通过解决各种类 型 的 问题, 以提高解题能力。 2 . 分配问题 例 2 有2男2女共4名大学毕业生 被分配到 A, B, C 三 个 工 厂 实 习, 每 人 必 须 去一个工厂且每个工厂至少去1人, 且 A 工 厂 只 接 收 女 生, 则 不 同 的 分 配 方 法 种 数 为( ) 。 A. 1 2 B . 1 4 C . 3 6 D. 7 2 解析: 按 A 工厂分类, 第一类: A 工厂仅 接收1人的分配方法有 C 1 2C 2 3A 2 2= 1 2 ( 种) ; 第 二类: A 工厂接收2人的分配方法有 C 2 2A 2 2= 2 ( 种 ) 。 综 上 可 知, 不 同 的 分 配 方 法 共 有 1 2 + 2 = 1 4 ( 种) 。 故选 B 。 点评: 在分组分配问题中, 首先要明确问 题要求和 限 制 条 件, 包 括 对 象 数 量、 组 的 个 数、 是否允许重复分配等。根 据 问 题 性 质 选 择排列或组合方法, 有时候还要考虑对 象 顺 序和组的顺序要求, 使用乘法或加法原 理 处 理独立或多样的分配方式。同 时, 还 要 特 别 注意任何额外的约束条件, 如组大小的限制。 二、排列组合问题 1 . 捆绑法、 插空法的应用 例 3 ( 多选题) 现有 2 名男生和 3 名 女生, 在下列不同条件下进行排列, 则其中说 法正确的是( ) 。 A. 排成前后两排, 前排3人后排2人的 排法共有1 2 0种 B . 全体排成一排, 女生必须站在一起的 排法共有3 6种 C . 全体排成一排, 男生互不相邻的排法 共有7 2种 D. 全 体 排 成 一 排, 甲 不 站 排 头, 乙 不 站 排尾的排法共有7 2种 解析: 对于选项 A: 从5人里面抽出3人 站在前排且全排列, 有 C 3 5A 3 3 种, 剩余2人在 后排全排列, 有 A 2 2 种, 则满足条件的排法共 有 C 3 5A 3 3A 2 2= 1 2 0 ( 种) , 故 A 正确; 对于选项 B : 因为女生必须站在一起, 所 以先将女生捆绑一起且全排列, 有 A 3 3 种, 再 3 知识篇 科学备考新指向 高考数学 2 0 2 3年1 2月 全科互知
将捆绑的女生与男生一起全排列, 有 A 3 3 种, 则满足条件的排法共有 A 3 3A 3 3= 3 6 ( 种) , 故 B 正确; 对于选项 C : 先将女生全排列, 有 A 3 3 种, 此时共产生4个空, 由于男生互不相邻, 则2 个男生插空即可, 有 A 2 4 种, 则满足条件的排 法共有 A 3 3A 2 4= 7 2 ( 种) , 故 C正确; 对于选项 D : 甲不站排头, 乙不站排尾, 考 虑反面, 甲站排头的排法有 A 4 4 种, 乙站排尾的 排法有 A 4 4 种, 甲站排头, 乙站排尾的排 法 有 A 3 3 种, 从而甲不站排头, 乙不站排尾的排法共 有 A 5 5- 2 A 4 4+A 3 3= 7 8 ( 种) , 故 D错误。 故选 A B C 。 点评: 在解决有限制条件的排队问题时, 常用捆绑法、 插空法、 隔板法、 特 殊 元 素 优 先 法等。要理解问题的要求和 限 制, 快 速 地 确 定对象的性质和数量。因此, 我 们 要 对 不 同 的条件进行总结和归类, 这样有助于解 决 各 种有限制条件的排列组合问题。 2 . 几何要素的分组分类计数问题 例 4 以长方体 A B C D- A1 B 1 C 1D1 的 任意三个顶点为顶点作三角形, 从中随 机 取 出2个三角形, 则这2个三角形不共面的情 况共有( ) 。 A. 1 4 8 0种 B . 1 4 6 8种 C . 1 5 1 6种 D. 1 4 9 2种 解析: 因为长方体 A B C D- A1 B 1 C 1D1 的 8个顶点中任意3个均不共线, 所以从8个顶 点中 任 取 3 个 均 可 构 成 1 个 三 角 形, 共 有 C 3 8=5 6( 个 ) , 从 中 任 选 2 个, 共 有 C 2 5 6 = 1 5 4 0 ( 种) 。因为长方 体 有 6 个 面, 6 个 对 角 面, 所以8个顶点中有4个点共面的情况有 1 2种, 每个面的4个顶点共确定4个不同的 三角形, 从这 4 个 三 角 形 中 选 出 2 个 共 有 6 种选法, 所以随机取出2个三角形, 且这2个 三角形不共 面 的 情 况 共 有 1 5 4 0-1 2×6= 1 4 6 8 ( 种) 。故选 B 。 点评: 立体几何 中 的 排 列 组 合 问 题 是 一 个有趣 且 具 有 挑 战 性 的 问 题。 主 要 是 有 关 点、 线、 面的问题, 要考虑几何 体 的 结 构 特 征 及对称性。在对特定的几何要素进行分类研 究时, 需注意既不重复, 也不遗漏。 三、二项式定理 1 . 求特定项 例 5 1 + 1 x 2 ( x-2 ) 6 的 展 开 式 中 x 3 的系数为( ) 。 A. - 5 1 2 B . - 1 7 2 C . - 1 6 0 D. 1 9 2 解析: 已 知 1 + 1 x 2 ( x-2 ) 6 = ( x-2 ) 6 + 1 x 2( x- 2 ) 6, 因为( x- 2 ) 6 的展开式的通项 T k+1=C k 6 x 6 - k( - 2 ) k, 所以( x- 2 ) 6 的展开式 中含x 3 的项为 C 3 6 x 3( - 2 ) 3=- 1 6 0 x 3, 其系 数为-1 6 0 , 又 1 x 2 ( x-2 ) 6 的 展 开 式 中 含 x 3 的项为 1 x 2·C 1 6 x 5( -2 ) 1= -1 2 x 3, 其系数为 - 1 2 , 所以 1 + 1 x 2 ( x-2 ) 6 的 展 开 式 中 x 3 的系数为- 1 7 2 。故选 B 。 点评: 求展开式中的特定项是高考中考查 二项式定理最重要的一类问题。一定要牢记 通项公式 T k+ 1=C k n a n- k b k, 同时也要注意利用 排列组合的知识对所求项的次数进行分类。 2 . 整除类问题 例 6 若6 4 2 0 2 4+m 能被1 3整除, 则m 的最小正整数取值为 。 解析: 因 为 6 4 2 0 2 4 +m = ( 6 5-1) 2 0 2 4 + m=6 5 2 0 2 4 +C 1 2 0 2 4 ·6 5 2 0 2 3 · ( -1) + … + C 2 0 2 3 2 0 2 4· 6 5 · ( -1 ) 2 0 2 3+C 2 0 2 4 2 0 2 4( -1 ) 2 0 2 4+m = 6 5 2 0 2 4+C 1 2 0 2 4·6 5 2 0 2 3 · ( -1 ) + … +C 2 0 2 3 2 0 2 4 · 6 5 ·( - 1 ) 2 0 2 3+ 1 +m 能 被 1 3 整 除, 又 因 为 6 5 = 1 3 × 5 , 即 6 5 能被 1 3 整除, 则 1+m 能 被1 3整除, 所以 m 的最小正整数取值为1 2 。 故填1 2 。 点评: 在利用二 项 式 定 理 解 决 整 除 问 题 时, 需要对底数进行分解, 然后对展开式的余 项进行讨论。 总之, 高考数学 着 重 考 查 同 学 们 灵 活 运 用知识解决问题的能力。因 此, 复 习 时 需 要 不断强化对知识的理解和记忆, 不只是 死 记 硬背基本概念、 公式和定理, 而是要了解它们 的推导过程和实际应用, 要通过理解和 记 忆 来替代单纯的背诵。 ( 责任编辑 王福华) 4 知识篇 科学备考新指向 高考数学 2 0 2 3年1 2月 全科互知
■湖南省郴州市第一中学 李 强 概率是高考必考内容, 着重考查同学们 的阅读能力与获取信息能力, 考查热点 问 题 主要有古典概型, 互斥事件, 对 立 事 件, 相 互 独立事件的概率求法, 条件概率, 离散型随机 变量的分布列, 二项分布, 超 几 何 分 布, 正 态 分布等。近几年的概率与统 计 试 题, 大 多 以 现实生活为背景, 注重知识的综合应用, 作为 考查实践能力的重要载体, 命题者要求 考 生 会收集、 整理、 分析数据, 能从 大 量 数 据 中 提 取有用的信息, 建立数学模型, 从而利用数学 原理与数学工具解决实际问题。考查同学们 的逻辑推理、 数据分析、 数学 运 算、 数 学 建 模 等核心素养。 考向一、古典概型的概率计算与相关概念 例 1 ( 多选题) 如图1所示, 是一个3 × 3九宫格, 现从这9个数字中随机挑出3个 图1 不同的 数 字, 记 事 件 A1: 恰 好 挑 出的是1 , 2 , 3 ; 记事件 A2: 恰好挑 出的是1 , 4 , 7 ; 记事件 A3: 挑出的 数字里含有数字 1 。下列说法 正 确的是( ) 。 A. 事件 A1, A2 是互斥事件 B . 事件 A1, A2 是独立事件 C . P( A1 | A3) =P( A2 | A3) D. P( A3) =P( A1) +P( A2) 解析: 对于选项 A: 挑出的是1 、 2 、 3和挑 出的是1 、 4 、 7两个事件不可能同时发生, 故 A 正确; 对于选项B : 事件A1, A2 不是独立事件, 故 B错误; 对于选 项 C : P( A1| A3) =P( A1A3) P( A3) = 1 C 3 9 P( A3) , P( A2 | A3) =P( A2A3) P( A3) = 1 C 3 9 P( A3) , 所 以 P( A1 | A3) =P( A2 | A3) , 故 C正确; 对 于 选 项 D: 因 为 P ( A3 )= C 1 1C 2 8 C 3 9 , P( A1) = 1 C 3 9 , P ( A2) = 1 C 3 9 , 所 以 P ( A3) ≠ P( A1) +P( A2) , 故 D 错误。 故选 A C 。 评注: 本题以古典概型概率的计算, 以及 概率中互斥事件、 独立事件的概念为载体, 结 合排列组合有关知识, 解答的关键是对 概 念 的清晰理解和条件概率公式的掌握, 主 要 考 查同学们的运算求解与推理论证能力。 考向二、条件概率公式、全概率公式 例 2 ( 多选题) 已知编号为 1 , 2 , 3 的 三个盒子, 其中1号盒内装有两个1号球, 一 个2号球和一个3号球; 2号盒内装有两个1 号球, 一个3号球; 3号盒内装有三个1号球, 两个2号球。若第一次先从1号盒子内随机 抽取1 个球, 将取出的球放入与球同编号的 盒子中, 第二次从该盒子中任取一个球, 则下 列说法正确的是( ) 。 A. 如果将1 0个相同的小球放入这三个盒 子内, 允许有空盒子, 则不同的放法有3 6种 B . 第二次抽到3号球的概率为 1 1 4 8 C . 如果第二次抽到的是 3 号球, 则它来 自1号盒子的概率最大 D. 在第一次抽到3号球的条件下, 第二 次抽到2号球的概率为1 3 解析: 对于选 项 A: 把 1 0 个 小 球 和 三 个 盒子排成一列有1 2个空( 不含两端) , 再用2 根 棍 插 入 其 中 两 个 空, 所 以 不 同 的 放 法 有 C 2 1 2= 6 6 ( 种) , 故 A 错误; 对于选项 B : 设 A1 表示第一次抽取到1 号球, A2 表示第一次抽取到2号球, A3 表示 第一次 抽 取 到 3 号 球, 所 以 P ( A1) = 1 2, P( A2) =P( A3) =1 4, 设 B 3 表示第二次抽到 3号球, 则 P( B 3) =P( A1 B 3) +P( A2 B 3) + 5 知识篇 科学备考新指向 高考数学 2 0 2 3年1 2月 全科互知
P( A3 B 3) =P( B 3 | A1) P( A1) +P( B 3 | A2) P( A2) +P( B 3 | A3) P( A3) , 而 P( B 3 | A1) = P( B 3| A2) = 1 4, P ( B 3| A3 ) = 1 6, 所 以 P( B 3) =1 4×1 2 + 1 4 × 1 4 + 1 6 × 1 4 =1 1 4 8 , 故 B正确; 对于选项 C : 第二次抽到 的 是 3 号 球 来 自 1 号 盒 子 的 概 率 为 P ( A1 |B 3 )= P( B 3 | A1) P( A1) P( B 3) = 6 1 1 , 第 二 次 抽 到 的 是 3 号球来自 2 号 盒 子 的 概 率 为 P ( A2| B 3) = P( B 3 | A2) P( A2) P( B 3) = 3 1 1 , 第 二 次 抽 到 的 是 3 号球来自 3 号 盒 子 的 概 率 为 P ( A3| B 3) = P( B 3 | A3) P( A3) P( B 3) =2 1 1 , 所以第二次抽到的是 3号球来自1号盒子的概率最大, 故C正确; 对于选项 D : 设 B 2 表示第二次抽到2号 球, 则在第一次抽到3号球的条件下, 第二次抽 到2号球的概率为P( B 2 | A 3) =1 3, 故 D正确。 故选 B C D。 评注: 本题以最 常 见 的 取 球 游 戏 为 出 发 点, 重点考查条件概率的计算, 结合排列组合 知识进行求解, 具有很强的 综 合 性。解 答 的 关键是重点理解取球的游戏规则, 分情 况 讨 论, 求出对应的条件概率, 主要考查同学们的 逻辑推理与数学运算等核心素养。 考向三、离散型随机变量的分布列 例 3 ( 江西省南昌市2 0 2 4届高三摸底 测试) 迎“ 七一” 党建知识竞赛, 竞赛有两关, 某 学校代表队有四名队员, 这四名队员若有机会 参加这两关比赛, 通过的概率如表1所示: 表1 队员 第一关 第二关 甲 3 4 2 3 乙 3 4 2 3 丙 2 3 1 2 丁 2 3 1 2 比赛规则是: 从四名队员中随机选出两 名队员分别参加比赛, 每个队员通过第 一 关 可以得6 0分, 且有资格参加 第 二 关 比 赛, 若 没有通过, 得 0 分且没有资格参加第二关比 赛; 若通过第二关可以再得 4 0 分; 若 没 有 通 过, 不再加分。两名参赛队员 所 得 总 分 为 该 代表队的得分, 代表队得分不低于1 6 0分, 可 以获得“ 党建优秀代表队” 称号。假设两名参 赛队员不相互影响。 ( 1 ) 求这次比赛中, 该校获得“ 党建 优 秀 代表队” 称号的概率; ( 2 ) 若这次比赛中, 选中了甲乙两名队员 参赛, 记该代表队的得分为 X, 求随机变量 X 的分布列和期望。 解析: ( 1 ) 记选出甲乙两名队员参赛为事 件 A1, 选 出 甲 乙、 丙 丁 各 一 人 参 赛 为 事 件 A2, 选出丙丁两名队员参赛为事件 A3, 获得 “ 党建优秀代表队” 称号为事件 B。 所以 P( A1) =C 2 2 C 2 4=1 6; P( A2) =C 1 2C 1 2 C 2 4 =2 3; P( A3) =C 2 2 C 2 4=1 6。 所以 P( B) =P( A1 B+A2 B+A3 B) = 1 6 × 3 4 2 × 2 3 2 + 2 ×2 3×1 3 + 2 3 × 3 4×2 3× 2 3×1 2+1 3×1 2+2 3×1 2 +1 6× 2 3 2 × 1 2 2 + 2 ×1 2×1 2 = 1 1 2+ 5 1 8+ 1 1 8 =5 1 2 。 ( 2 ) 由 题 意 知 X 的 所 有 可 能 取 值 为 0 , 6 0 , 1 0 0 , 1 2 0 , 1 6 0 , 2 0 0 。 则 P( X= 0 ) = 1 4 2 =1 1 6 ; P( X= 6 0 ) = 2 ×3 4×1 3×1 4=1 8; P( X= 1 0 0 ) = 2 ×3 4×2 3×1 4=1 4; P( X= 1 2 0 ) = 3 4 2 × 1 3 2 =1 1 6 ; P( X= 1 6 0 ) = 3 4 2 × 2 ×2 3×1 3=1 4; 6 知识篇 科学备考新指向 高考数学 2 0 2 3年1 2月 全科互知
P( X= 2 0 0 ) = 3 4 2 × 2 3 2 =1 4。 所以随机变量 X 的分布列为表2 : 表2 X 0 6 0 1 0 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 P 1 1 6 1 8 1 4 1 1 6 1 4 1 4 所 以 E( X) =0× 1 1 6+6 0× 1 8 +1 0 0× 1 4+ 1 2 0 ×1 1 6 + 1 6 0 ×1 4+ 2 0 0 ×1 4= 1 3 0 。 评注: 本题以离 散 型 随 机 变 量 的 分 布 列 为载体, 以现实生活中知识竞赛为素材, 提出 概率的实际应用问题, 具有较强的综合性, 需 要同学们具有较强的逻辑推理和数学运算能 力。本题解答的关键是合理 的 分 类 讨 论, 并 能准确运算。 考向四、二项分布与正态分布 例 4 ( 山东省临沂市 2 0 2 4 届高三开 学摸底联考) 在“ 飞彩镌流年” 文艺汇演中, 诸 位参赛者一展风采, 奉上了一场舞与乐 的 盛 宴。现从2 0 0 0 位 参 赛 者 中 随 机 抽 取 4 0 位 幸运嘉宾, 统计他们的年龄数据, 得样本平均 数μ= 4 5 . 7 5 。 ( 1 ) 若所有参赛者的年龄 X 服从正态分 布 N( μ, 1 5 . 7 5 2) , 请估计参赛者的年龄在3 0 岁以上的人数。 ( 2 ) 若该文艺汇演对所有参赛者的 表 演 作品进行评级, 每位参赛者只有一个表 演 作 品且每位参赛者的作品有a%( 0 < a < 1 0 0 ) 的概率被评为 A 类, ( 1 - a%) 的概率被评为 B 类, 每位参赛者作品的评级结果相互独立。 记上述4 0位幸运嘉宾的作品中恰有 2 份 A 类作品的概率为p( a) , 求 p( a) 的极大值点 a 0。 ( 3 ) 以( 2 ) 中 确 定 的 a 0 作 为 a 的 值 , 记 上 述 幸 运 嘉 宾 的 作 品 中 的 A 类 作 品 数 为 Y, 若 对 这 些 幸 运 嘉 宾 进 行 颁 奖 , 现 有 两 种 颁 奖 方 式 : 甲 : A 类 作 品 参 赛 者 获 得 1 0 0 0 元现 金 , B 类 作 品 参 赛 者 获 得 1 0 0 元 现 金 ; 乙 : A 类 作 品 参 赛 者 获 得 3 0 0 0 元 现 金 , B 类 作 品 参 赛 者 不 获 得 现 金 奖 励 。 根 据 奖 金 期 望 判 断 主 办 方 选 择 何 种 颁 奖 方 式 , 成 本 可 能 更 低 。 附: 若 X~N( μ, σ 2) , 则 P{ | X- μ | < σ} = 0 . 6 8 2 7 。 解析: ( 1 ) 因为 X ~N ( 4 5 . 7 5 , 1 5 . 7 5 2) , 所以P( X > 3 0 ) = 0 . 5 +1 2P( | X- μ | < σ) = 0 . 8 4 1 3 5 。 所以参赛者的 年 龄 在 3 0 岁 以 上 的 人 数 约为2 0 0 0 × 0 . 8 4 1 3 5≈1 6 8 3 ( 人) 。 ( 2 ) 记 x =a% , 0 < x < 1, p ( a) = f( x) , 设 a 0=1 0 0 x 0, 其 中 x 0 为 f( x) 的 极 大 值 点 。 依题意 可 得 f( x) =C 2 4 0 x 2( 1-x) 3 8, 则 f _ ( x) =C 2 4 0[ 2 x( 1 - x) 3 8- 3 8 x 2( 1 - x) 3 7] = 2 C 2 4 0 x( 1 - x) 3 7( 1 - 2 0 x) 。 令f _ ( x) = 0 , 又0 < x < 1 , 得x 0=1 2 0 。 所以当0 < x < 1 2 0 时, f _ ( x) > 0 ; 当1 2 0 < x < 1时, f _ ( x) < 0 。 所以 f ( x) 在 0 , 1 2 0 上 单 调 递 增, 在 1 2 0 , 1 上单调递减。 所以p( a) 在 ( 0 , 5 ) 上 单 调 递 增, 在 ( 5 , 1 0 0 ) 上单调递减。 故p( a) 的极大值点a 0= 5 。 ( 3 ) 由 题 意 知 Y ~B 4 0 , 1 2 0 , E ( Y) = 4 0 ×1 2 0 = 2 。 记Z 1、 Z 2 分别为甲、 乙两种颁奖方式各 自所发奖金总额。 因为Z 1= 1 0 0 0 × Y+ 1 0 0 ×( 4 0- Y) = 4 0 0 0 +9 0 0 Y, Z 2 =3 0 0 0 Y, 所 以 E ( Z 1) = 4 0 0 0 + 9 0 0 E( Y) =4 0 0 0+9 0 0×2=5 8 0 0 , E( Z 2) = 3 0 0 0 E( Y) = 6 0 0 0 , 所以 E( Z 1) < E( Z 2) 。 故选择甲种颁奖方式成本更低。 评注: 本题以正 态 分 布 与 二 项 分 布 为 载 体, 综合函数与导数知识, 结合生活中的具体 事例, 具有较强的综合性。第 一 问 是 已 知 具 7 知识篇 科学备考新指向 高考数学 2 0 2 3年1 2月 全科互知
体的正态分布, 求指定区间的概率, 结合正态 曲线图像, 数形结合, 考查同学们的直观想象 能力; 第二问求二项分布中概率的极大值点, 关键是弄清楚概率分布类型, 借助导数 这 一 重要工具, 考查同学们的逻辑推理与数 学 运 算能力; 第三问结合实例, 作 出 决 策, 借 助 二 项分布, 求出两种颁奖方式的成本期望值, 为 后面的决策提供数据支撑与依据, 考查 同 学 们的数学运算能力。 考向五、超几何分布 例 5 ( 湖北省武汉市华中师范大学第 一附属中学2 0 2 4届高三月考) 统计与概率主 要研究现实生活中的数据和客观世界中的随 机现象, 通过对数据的收集、 整理、 分析、 描述 及对事件发生的可能性进行刻画, 来帮 助 人 们作出合理的决策。 ( 1 ) 现有池塘甲, 已知池 塘 甲 里 有 5 0 条 鱼, 其中A 种鱼7条, 若从池塘甲中捉了2条 鱼。用ξ 表示 其 中 A 种 鱼 的 条 数, 请 写 出ξ 的分布列, 并求ξ 的数学期望E( ξ ) 。 ( 2 ) 另 有 池 塘 乙, 为 估 计 池 塘 乙 中 的 鱼 数, 某同学先从中捉了 5 0 条 鱼, 做 好 记 号 后 放回池塘, 再从中捉了 2 0 条 鱼, 发 现 有 记 号 的有5条。 ①请从分层抽样的角度估计池塘乙中的 鱼数。 ②统 计 学 中 有 一 种 重 要 而 普 遍 的 求 估 计 量 的 方 法 — — —最 大 似 然 估 计 , 其 原 理 是 使 用 概 率 模 型 寻 找 能 够 以 较 高 概 率 产 生 观 察 数 据 的 系 统 发 生 树 , 即 在 什 么 情 况 下 最 有 可 能 发 生 已 知 的 事 件 。 请 从 条 件 概 率 的 角 度 , 采 用 最 大 似 然 估 计 法 估 计 池 塘 乙 中 的 鱼 数 N ( X 表 示 捞 出 的 2 0 条 鱼 中 有 记 号 的 鱼 的 数 目 , 即 使 得 P ( X =5) 最 大 的 N 的 值 ) 。 解析: ( 1 ) 由题意知ξ 的所有可能取值为 0 , 1 , 2 。 则 P( ξ= 0 ) =C 2 4 3 C 2 5 0= 1 2 9 1 7 5 ; P( ξ= 1 ) =C 1 4 3·C 1 7 C 2 5 0 =4 3 1 7 5 ; P( ξ= 2 ) =C 2 7 C 2 5 0= 3 1 7 5 。 故ξ 的分布列为表3 : 表3 ξ 0 1 2 P 1 2 9 1 7 5 4 3 1 7 5 3 1 7 5 所以 E( ξ) = 0 ×1 2 9 1 7 5+ 1 × 4 3 1 7 5+ 2 × 3 1 7 5 =7 2 5 。 ( 2 ) ①设 池 塘 乙 中 的 鱼 数 为 m, 则5 0 m = 5 2 0 , 解得 m= 2 0 0 , 所以可以估计池塘乙中的 鱼数为2 0 0条。 ②设池塘乙 中 的 鱼 数 为n, 令 事 件 B= “ 再捉2 0条鱼, 5条有记号” , 事件 C=“ 池塘 乙中 的 鱼 数 为 n” , 则 P n = P ( B| C) = C 5 5 0·C 1 5 n-5 0 C 2 0 n 。 由最大似然估计法, 即求p n 最大时n 的 值, 其中n≥ 6 5 , 所以p n+1 p n = ( n- 4 9 ) ( n- 1 9 ) ( n- 6 4 ) ( n+ 1 )。 当n= 6 5 , …, 1 9 8时, p n+1 p n > 1 ; 当n= 1 9 9时, p n+1 p n = 1 ; 当n= 2 0 0 , 2 0 1 , …时, p n+1 p n < 1 。 所以池塘乙中的鱼数为1 9 9或2 0 0条。 评注: 本题以超 几 何 分 布 与 试 验 观 察 法 为载体, 结合函数的性质, 以科学研究统计实 例为背景, 体现数学的基础 性。第 一 问 考 查 具体的超几何分布, 理清概率分布借助 组 合 知识即可解决; 第二问的第一小问考查 分 层 等比例抽样, 第二小问考查条件概率, 巧用相 邻两项概率的大小, 得出函数的单调性, 综合 性较强。本题着重考查同学们的逻辑推理与 数学运算等能力。 最 后 , 建 议 同 学 们 在 复 习 时 , 理 清 概 念 , 结 合 具 体 案 例 , 注 意 对 比 记 忆 , 性 质 和 公 式 需 要 理 解 性 记 忆 , 在 平 时 的 练 习 中 重 视 错 题 , 善 于 积 累 , 勤 于 思 考 , 不 断 提 升 数 学 解 题 能 力 , 从 而 提 高 高 考 竞 争 力 , 最 终 实 现 自 己 的 目 标 。 ( 责任编辑 王福华) 8 知识篇 科学备考新指向 高考数学 2 0 2 3年1 2月 全科互知
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