本题导读
本题考查离散型随机变量的分布列。核心在于概率建模代换法、分类讨论穷举法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2004年全国卷IV(理)) 某同学参加科普知识竞赛,需回答三个问题. 竞赛规则规定:每题回答正确得 100 分,回答不正确得 -100. 假设这名同学每题回答正确的概率均为 0.8,且各题回答正确与否相互之间没有影响.
(1) 求这名同学回答这三个问题的总得分 的概率分布和数学期望;
(2) 求这名同学总得分不为负分 (即 ) 的概率.
🔍【思路分析】
破题导航
- 建立变量映射:设该同学回答正确的题目数量为 。由于共回答 3 题,每题答对概率为 0.8 且互不影响,因此 服从二项分布 。根据得分规则,总得分 与答对题数 存在线性映射关系: 。
- 求解分布列:由 可取 ,对应算出 的可能取值 。利用独立重复试验概率公式 依次算出各概率,列表画出分布列。
- 期望与有界概率计算:
- 依据数学期望公式 进行求和(亦可直接利用 求解)。
- 根据第 (2) 问要求,将所有满足 的互斥事件(即 和 )的概率相加即可。
✅【答案】
Success
(1) 的分布列为 ,,,;
(2)
✍【详细解析】
Abstract
解: 设该同学在 3 道题中回答正确的题数为 ,则回答错误的题数为 。 由题意可知, 的所有可能取值为 ,且 。 该同学的回答总得分 与 的关系为:
(1) 求总得分 的概率分布和数学期望:
当 时, ; 当 时, ; 当 时, ; 当 时, 。
根据独立重复试验公式,分别计算 取各个值的概率:
所以, 的概率分布列为:
根据离散型随机变量数学期望的定义, 的数学期望为:
(另解:因为 ,所以 。 利用期望的线性性质: .)
(2) 求这名同学总得分不为负分 (即 ) 的概率:
由已知条件,总得分不为负分即 或 。 这两个事件互斥,因此其概率为两概率之和:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:二项分布公式、线性组合的期望性质 、互斥事件加法原理。
- 核心方法:变量关系代换法。
- 避坑指南:
- 不要误将总得分 直接当成服从二项分布的变量。二项分布对应的成功次数 只能取整数步长 ,而 的取值存在正负交替。必须通过过渡变量 搭建桥梁。
- 分布列计算完毕后,务必口算核对四个概率的总和是否等于 1 (即 )。如果不为 1,说明中间计算存在低级数字失误,可及时纠错。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 经典概率大题,属于高中应用数学中关于概率竞赛得分体制的标准化考查。
- 结论推广: 一般地,若某独立试验成功概率为 ,共重复进行 次,每次成功得 分,失败扣 分(即得 分),则其总得分的数学期望恒满足简便秒杀公式: 。代入本题验证: 。
🔗【关联脉络】
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