高中数学 第二章 概率 2.3 随机变量的数字特征 2.3.2 离散型随机变量的方差课堂探究教案 新人教B版选修2-3-新人教B版高二选修2-3数学教案VIP免费

2.3.2离散型随机变量的方差课堂探究探究一求离散型随机变量的方差解决求离散型随机变量的方差问题，首先要理解随机变量X的意义，写出X可能取的全部值，其次求出X每个取值对应的概率，列出分布列，然后由期望的定义求出E(X)，最后由方差计算公式求出D(X)．【典型例题1】某校从6名学生会干部(其中男生4人，女生2人)中选3人参加市中学生运动会志愿者．(1)所选3人中女生人数为ξ，求ξ的分布列及方差．(2)在男生甲被选中的情况下，求女生乙也被选中的概率．思路分析：(1)先求出ξ的分布列，再求期望，再利用方差公式求出方差．(2)利用条件概率或用古典概型概率公式求解．解：(1)ξ的可能取值为0,1,2.由题意P(ξ＝0)＝＝，P(ξ＝1)＝＝，P(ξ＝2)＝＝，所以ξ的分布列为ξ012PE(ξ)＝0×＋1×＋2×＝1，D(ξ)＝(0－1)2×＋(1－1)2×＋(2－1)2×＝.(2)设在男生甲被选中的情况下，女生乙也被选中的事件为C，“男生甲被选中”包含的基本事件数为C＝10，“男生甲被选中，女生乙也被选中”包含的基本事件数为C＝4，所以P(C)＝＝＝.故在男生甲被选中的情况下，女生乙也被选中的概率为.探究二离散型随机变量方差的性质及运算1．简化运算：当求随机变量ξ的期望与方差时，可首先分析ξ是否服从二项分布，如果服从，则用公式求解，可大大减少运算量．2．性质应用：注意利用E(aξ＋b)＝aE(ξ)＋b及D(aξ＋b)＝a2D(ξ)求期望与方差．【典型例题2】袋中有20个大小相同的球，其中记上0号的有10个，记上n号的有n个(n＝1,2,3,4)．现从袋中任取一个，ξ表示所取球的标号．(1)求ξ的分布列、期望和方差．(2)若η＝aξ＋b，E(η)＝1，D(η)＝11，试求a，b的值．思路分析：(1)先求出ξ的分布列，再利用公式求出期望与方差．(2)通过ξ与η的线性关系表示出E(η)，D(η)，列方程组求解．解：(1)ξ的分布列为ξ01234P所以E(ξ)＝0×＋1×＋2×＋3×＋4×＝1.5，D(ξ)＝(0－1.5)2×＋(1－1.5)2×＋(2－1.5)2×＋(3－1.5)2×＋(4－1.5)2×＝2.75.(2)由D(η)＝a2D(ξ)，得a2×2.75＝11，即a＝±2.又E(η)＝aE(ξ)＋b，所以当a＝2时，由1＝2×1.5＋b，得b＝－2；当a＝－2时，由1＝－2×1.5＋b，得b＝4.所以或即为所求．探究三方差的实际应用离散型随机变量的期望反映了随机变量取值的平均水平，而方差反映了随机变量取值的稳定与波动，集中与离散的程度，因此在实际决策问题中，通常需先计算期望，比较一下谁的平均水平高，然后再计算方差，分析一下谁的稳定性较好，因此在利用期望和方差的意义去分析解决实际问题时，两者都要考虑．【典型例题3】有甲、乙两个建材厂，都想投标参加某重点建设，为了对重点建设负责，政府到两个建材厂进行抽样检查，他们从中各取等量的样品进行检查，得到它们的抗拉强度指数如下：X110120125130135P0.10.20.40.10.2Y100115125130145P0.10.20.40.10.2其中X和Y分别表示甲、乙两厂钢筋的抗拉强度，在使用时要求抗拉强度不低于120，比较说明甲、乙两厂的钢筋哪一种稳定性较好．思路分析：要比较两种钢筋的质量，可先比较甲、乙两种钢筋的平均抗拉强度，即期望，然后比较这两种钢筋质量的稳定性，即方差．解：E(X)＝110×0.1＋120×0.2＋125×0.4＋130×0.1＋135×0.2＝125，E(Y)＝100×0.1＋115×0.2＋125×0.4＋130×0.1＋145×0.2＝125，D(X)＝(110－125)2×0.1＋(120－125)2×0.2＋(125－125)2×0.4＋(130－125)2×0.1＋(135－125)2×0.2＝50，D(Y)＝(100－125)2×0.1＋(115－125)2×0.2＋(125－125)2×0.4＋(130－125)2×0.1＋(145－125)2×0.2＝165.由E(X)＝E(Y)，可知甲、乙两厂的钢筋的平均抗拉强度是相等的，且平均抗拉强度都不低于120，但由于D(X)＜D(Y)，即乙厂的钢筋的抗拉强度与其平均值偏差较大，故可认为甲厂的钢筋的质量稳定性较好．探究四易错辨析易错点：用错公式而致误【典型例题4】已知随机变量X的概率分布如下表所示：X－101P求E(X)，D(X)，的值．错解：E(X)＝x1p1＋x2p2＋x3p3＝－1×＋0×＋1×＝－，D(X)＝(x1－E(X))p1＋(x2－E(X))p2＋(x3－E(X))p3＝×＋×＋×＝0，所以＝0.错因分析：错误的原因是在利用方差的定义求解时，把(xi－E(X))2pi中(xi－E(X))2的平方漏掉了．正解：E(X)＝x1p1＋x2p2＋x3p3＝－1×＋0×＋1×＝－，D(X)＝(x1－E(X))2p1＋(x2－E(X))2p2＋(x3－E(X))2p3＝2×＋2×＋2×＝，所以＝＝.