相關(guān)鏈接: 北京安全網(wǎng) 北京質(zhì)量網(wǎng) 北京論文網(wǎng) 北京資訊網(wǎng)
概率統(tǒng)計(jì)中概念的對(duì)比分析
論文關(guān)鍵詞:概率統(tǒng)計(jì),概念,對(duì)比分析
概率統(tǒng)計(jì)在日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用是非常廣泛的.概率統(tǒng)計(jì)是新課程改革過程中重點(diǎn)加強(qiáng)的內(nèi)容之一.有關(guān)概率統(tǒng)計(jì)的各種計(jì)算問題,既是中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的疑難問題,也是高考數(shù)學(xué)試題中考查的主要內(nèi)容.解決這類問題的關(guān)鍵,在于對(duì)概念的理解和掌握.
為了有效的幫助學(xué)生解決有關(guān)概率的計(jì)算問題,本人曾寫了《概率問題中的概念辨析》(中學(xué)生理科應(yīng)試2007.2),對(duì)隨機(jī)事件與隨機(jī)試驗(yàn)、頻率與概率、互斥事件與對(duì)立事件、互相獨(dú)立事件與獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)等概念進(jìn)行了辨析.
但是,還有一些概念的含義也很難區(qū)分.例如,離散型隨機(jī)變量與連續(xù)型隨機(jī)變量、二項(xiàng)分布~
與幾何分布
~
、期望
與方差
、均方差與標(biāo)準(zhǔn)差、系統(tǒng)抽樣與分層抽樣、條形圖與直方圖、正態(tài)分布
與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布
,等等.
在學(xué)習(xí)概率統(tǒng)計(jì)中的各種概念時(shí),同學(xué)們很難搞清楚其中的含義和區(qū)別.所以,很有必要對(duì)這些概念做進(jìn)一步的對(duì)比分析.
一、離散型隨機(jī)變量與連續(xù)型隨機(jī)變量
如果隨機(jī)試驗(yàn)的結(jié)果可以用一個(gè)變量來表示,那么就把這個(gè)變量叫做隨機(jī)變量.隨機(jī)變量常用希臘字母等表示.
對(duì)于隨機(jī)變量所有可能的取值,如果我們能事先按一定的次序一一列出,這樣的隨機(jī)變量叫做離散型隨機(jī)變量.例如,拋擲一枚骰子,設(shè)所得點(diǎn)數(shù)為隨機(jī)變量,則
所有可能的取值分別為1、2、3、4、5、6.這些取值,我們能夠事先一一列舉出來.這時(shí),所得的隨機(jī)變量
就是離散型隨機(jī)變量.
如果隨機(jī)變量所有可能的取值,可以是某個(gè)區(qū)間內(nèi)的任何一個(gè)值,這時(shí),我們就不能夠事先按一定的次序一一列出,這樣的隨機(jī)變量叫做連續(xù)型隨機(jī)變量.例如,對(duì)某班學(xué)生的身高(或體重)進(jìn)行測量,所得的數(shù)據(jù)是隨機(jī)變量,則
所有可能的取值是某個(gè)區(qū)間內(nèi)的實(shí)數(shù).事先,我們不能夠把所有可能的取值一一列舉出來.這時(shí),所得的隨機(jī)變量
就是連續(xù)型隨機(jī)變量.
二、二項(xiàng)分布~
與幾何分布
~
在一次試驗(yàn)中,如果某事件發(fā)生的概率是,那么在
次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)中,這個(gè)事件恰好發(fā)生
次的概率為
.于是得到隨機(jī)變量
的分布列
|
0 |
1 |
… |
|
… |
|
P |
|
|
… |
|
… |
|
稱這樣的隨機(jī)變量服從二項(xiàng)分布.記作
~
.
例如,設(shè)某人投籃時(shí)投中的概率為0.8,若連續(xù)投籃次,則投中次數(shù)是
恰好為
的概率是
.這時(shí),投中次數(shù)
服從二項(xiàng)分布.記作
~
.
設(shè)某事件在一次試驗(yàn)中發(fā)生的概率是.如果,在
次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)中這個(gè)事件第一次發(fā)生時(shí),所作試驗(yàn)的次數(shù)
為隨機(jī)變量
.那么,在第
次試驗(yàn)時(shí)事件第一次發(fā)生的概率為
.
于是,得到隨機(jī)變量的分布列
|
1 |
2 |
… |
|
… |
P |
|
|
… |
|
… |
稱這樣的隨機(jī)變量服從幾何分布.記作
~
.
例如,設(shè)某射擊手有5發(fā)子彈,射擊一次中靶的概率為0.9,若命中就停止射擊,否則一直到子彈用盡,求耗子彈數(shù)的分布列.
因?yàn)椋?dāng)時(shí),耗子彈數(shù)
的概率
,此時(shí)
服從幾何分布,記作
~
;當(dāng)
時(shí),
.所求分布列為
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
P |
0.9 |
0.09 |
0.009 |
0.0009 |
0.0001 |
三、期望與方差
若隨機(jī)變量的值分別為
時(shí),相應(yīng)的概率P分別為
.則稱
.
為隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望或平均數(shù)、均值,簡稱期望.同時(shí)把
.
叫做隨機(jī)變量的均方差,簡稱方差.把均方差的算術(shù)平方根
叫做標(biāo)準(zhǔn)差,記作
.
例如.(2008年高考湖北理)袋中有20個(gè)大小相同的球,其中記上0號(hào)的有10個(gè),記上n號(hào)的有n個(gè)(n=1,2,3,4).現(xiàn)從袋中任取一球.ξ表示所取球的標(biāo)號(hào).
。1)求ξ的分布列,期望和方差;
。2)若η=aξ-b,Eη=1,Dη=11,試求a,b的值.
解:(1)的分布列為:
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
P |
|
|
|
|
|
∴
(2)
由,得a2×2.75=11,即
又
所以,當(dāng)a=2時(shí),由1=2×1.5+b,得b=-2;當(dāng)a=-2時(shí),由1=-2×1.5+b,得b=4.
∴或
即為所求.
四、系統(tǒng)抽樣與分層抽樣
系統(tǒng)抽樣與分層抽樣都是從總體中抽出一個(gè)樣本的抽樣方法.
如果,總體中的個(gè)體數(shù)較多,就將總體均衡的分成幾個(gè)部分,按事先確定的規(guī)則,在每個(gè)部分中隨機(jī)抽取數(shù)目相同的個(gè)體,得到的所需樣本.這種抽樣方法叫做系統(tǒng)抽樣.
如果,總體由差異明顯的幾個(gè)部分組成,就把總體按其差異分成幾個(gè)層次,分別在每一層中,按一定的比例抽隨機(jī)取個(gè)體.這種抽樣方法叫做分層抽樣.
例(2009年廣東卷文)某單位200名職工的年齡分布情況如圖2,現(xiàn)要從中抽取40名職工作樣本,用系統(tǒng)抽樣法,將全體職工隨機(jī)按1-200編號(hào),并按編號(hào)順序平均分為40組(1-5號(hào),6-10號(hào)…,196-200號(hào)).若第5組抽出的號(hào)碼為22,則第8組抽出的號(hào)碼應(yīng)是。若用分層抽樣方法,則40歲以下年齡段應(yīng)抽取人.
【答案】37, 20
【解析】根據(jù)系統(tǒng)抽樣的方法,先均勻分組,然后規(guī)則抽取。由分組可知,抽號(hào)的間隔為5,又因?yàn)榈?組抽出的號(hào)碼為22,所以第6組抽出的號(hào)碼為27,第7組抽出的號(hào)碼為32,第8組抽出的號(hào)碼為37.
由分層抽樣是在不同層次中,按比例抽取。
40歲以下年齡段的職工數(shù)為,則應(yīng)抽取的人數(shù)為
人.
分析:要特別注意系統(tǒng)抽樣與分層抽樣的區(qū)別與聯(lián)系.系統(tǒng)抽樣要求將總體均衡的分成幾個(gè)部分,從每部分中抽取相同個(gè)數(shù)的樣本;分層抽樣要求各層有明顯的差異,在每一層中按比例抽取個(gè)體.
五、條形圖與直方圖
條形圖和直方圖,都是用來表示試驗(yàn)結(jié)果(即隨機(jī)變量)的頻率分布情況的圖形.如果隨機(jī)變量是離散型的,就可以用高度來表示各個(gè)隨機(jī)變量取值的頻率(或頻數(shù)).其圖形是相互分離的矩形.相應(yīng)的圖形就是頻率分布條形圖.
18.(2007高考北京理)某中學(xué)號(hào)召學(xué)生在今年春節(jié)期間至少參加一次社會(huì)公益活動(dòng)(以下簡稱活動(dòng)).該校合唱團(tuán)共有100名學(xué)生,他們參加活動(dòng)的次數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖所示.(條形圖)
。↖)求合唱團(tuán)學(xué)生參加活動(dòng)的人均次數(shù);
(II)從合唱團(tuán)中任意選兩名學(xué)生,求他們參加活動(dòng)次數(shù)恰好相等的概率.
(III)從合唱團(tuán)中任選兩名學(xué)生,用表示這兩人參加活動(dòng)次數(shù)之差的絕對(duì)值,求隨機(jī)變量
的分布列及數(shù)學(xué)期望
.
解:由圖可知,參加活動(dòng)1次、2次和3次的學(xué)生人數(shù)分別為10、50和40.
(I)人均次數(shù)為:.
。↖I)選出的兩名學(xué)生,參加活動(dòng)次數(shù)恰好相等的概率為.
。↖II);
;
的分布列:
|
0 |
1 |
2 |
|
|
|
|
的數(shù)學(xué)期望:
.
如果隨機(jī)變量是連續(xù)型的,就把隨機(jī)變量所在的區(qū)間分成若干等份,每等份稱為一組,用組矩表示每個(gè)矩形的寬,用頻率與組矩的比表示矩形的高,就可以得到一些互相連在一起的矩形.這樣的圖形就是頻率分布直方圖.
例如.(2009山東卷理)某工廠對(duì)一批產(chǎn)品進(jìn)行了抽樣檢測.右圖是根據(jù)抽樣檢測后的 產(chǎn)品凈重(單位:克)數(shù)據(jù)繪制的頻率分布直方圖,其中產(chǎn)品凈重的范圍是[96,106],樣本數(shù)據(jù)分組為[96,98),[98,100),[100,102),[102,104),[104,106],已知樣本中產(chǎn)品凈重小于100克的個(gè)數(shù)是36,則樣本中凈重大于或等于98克并且小于104克的產(chǎn)品的個(gè)數(shù)是()
A.90 B.75 C. 60 D.45
【解析】:產(chǎn)品凈重小于100克的概率為(0.050+0.100)×2=0.300,
已知樣本中產(chǎn)品凈重小于100克的個(gè)數(shù)是36,設(shè)樣本容量為,
則,所以
,凈重大于或等于98克并且小于
104克的產(chǎn)品的概率為(0.100+0.150+0.125)×2=0.75,所以樣本
中凈重大于或等于98克并且小于104克的產(chǎn)品的個(gè)數(shù)是
120×0.75=90.故選A.
六、正態(tài)分布與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布
設(shè)某個(gè)總體的期望是,標(biāo)準(zhǔn)差
.就把隨機(jī)變量
的概率函數(shù)
叫做正態(tài)函數(shù),其分布叫做正態(tài)分布,記作
~
,
的圖象叫做正態(tài)曲線.
特別,當(dāng),
時(shí),相應(yīng)的函數(shù)可化為
.這就是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù),其分布叫做標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,記作
~
.
在正態(tài)分布~
中,用F
表示隨機(jī)變量
的概率,即F
=
;在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布
~
中,用Φ
表示隨機(jī)變量
的概率,即Φ
=
.兩者之間的換算關(guān)系是
=Φ
.
例如,(2007年高考安微,10)以表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)總體在區(qū)間
內(nèi)取值的概率,若隨機(jī)變量
服從正態(tài)分布
,則概率
等于()
A. B.
C.
D.
分析:∵=
=
。=Φ
—Φ
=Φ—Φ
.∴選B.