第15講 排列組合二項(xiàng)式定理和概率
一、知識(shí)整合
1.掌握分類(lèi)計(jì)數(shù)原理與分步計(jì)數(shù)原理,并能用它們分析和解決一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用問(wèn)題.
2.理解排列的意義,掌握排列數(shù)計(jì)算公式,并能用它解決一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用問(wèn)題.
3.理解組合的意義,掌握組合數(shù)計(jì)算公式和組合數(shù)的性質(zhì),并能用它們解決一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用問(wèn)題.
4.掌握二項(xiàng)式定理和二項(xiàng)展開(kāi)式的性質(zhì),并能用它們計(jì)算和證明一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題.
5.了解隨機(jī)事件的發(fā)生存在著規(guī)律性和隨機(jī)事件概率的意義.
6.了解等可能性事件的概率的意義,會(huì)用排列組合的基本公式計(jì)算一些等可能性事件的概率.
7.了解互斥事件、相互獨(dú)立事件的意義,會(huì)用互斥事件的概率加法公式與相互獨(dú)立事件的概率乘法公式計(jì)算一些事件的概率.
8.會(huì)計(jì)算事件在n次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)中恰好發(fā)生k次的概率.
Ⅰ、隨機(jī)事件的概率
例1 某商業(yè)銀行為儲(chǔ)戶(hù)提供的密碼有0,1,2,…,9中的6個(gè)數(shù)字組成.
(1)某人隨意按下6個(gè)數(shù)字,按對(duì)自己的儲(chǔ)蓄卡的密碼的概率是多少?
(2)某人忘記了自己儲(chǔ)蓄卡的第6位數(shù)字,隨意按下一個(gè)數(shù)字進(jìn)行試驗(yàn),按對(duì)自己的密碼的概率是多少?
解 (1)儲(chǔ)蓄卡上的數(shù)字是可以重復(fù)的,每一個(gè)6位密碼上的每一個(gè)數(shù)字都有0,1,2,…,9這10種,正確的結(jié)果有1種,其概率為,隨意按下6個(gè)數(shù)字相當(dāng)于隨意按下個(gè),隨意按下6個(gè)數(shù)字相當(dāng)于隨意按下個(gè)密碼之一,其概率是.
(2)以該人記憶自己的儲(chǔ)蓄卡上的密碼在前5個(gè)正確的前提下,隨意按下一個(gè)數(shù)字,等可能性的結(jié)果為0,1,2,…,9這10種,正確的結(jié)果有1種,其概率為.
例2 一個(gè)口袋內(nèi)有m個(gè)白球和n個(gè)黑球,從中任取3個(gè)球,這3個(gè)球恰好是2白1黑的概率是多少?(用組合數(shù)表示)
解 設(shè)事件I是“從m個(gè)白球和n個(gè)黑球中任選3個(gè)球”,要對(duì)應(yīng)集合I1,事件A是“從m個(gè)白球中任選2個(gè)球,從n個(gè)黑球中任選一個(gè)球”,本題是等可能性事件問(wèn)題,且Card(I1)= ,于是P(A)=.
Ⅱ、互斥事件有一個(gè)發(fā)生的概率
例3在20件產(chǎn)品中有15件正品,5件次品,從中任取3件,求:
(1)恰有1件次品的概率;(2)至少有1件次品的概率.
解 (1)從20件產(chǎn)品中任取3件的取法有,其中恰有1件次品的取法為。
恰有一件次品的概率P=.
(2)法一 從20件產(chǎn)品中任取3件,其中恰有1件次品為事件A1,恰有2件次品為事件A2,3件全是次品為事件A3,則它們的概率
P(A1)= =,,,
而事件A1、A2、A3彼此互斥,因此3件中至少有1件次品的概率
P(A1+A2+A3)=P(A1)+P(A2)+P(A3)= .
法二 記從20件產(chǎn)品中任取3件,3件全是正品為事件A,那么任取3件,至少有1件次品為,根據(jù)對(duì)立事件的概率加法公式P()=
例4 1副撲克牌有紅桃、黑桃、梅花、方塊4種花色,每種13張,共52張,從1副洗好的牌中任取4張,求4張中至少有3張黑桃的概率.
解 從52張牌中任取4張,有種取法.“4張中至少有3張黑桃”,可分為“恰有3張黑桃”和“4張全是黑桃”,共有種取法
注 研究至少情況時(shí),分類(lèi)要清楚。
Ⅲ、相互獨(dú)立事件同時(shí)發(fā)生的概率
例5 獵人在距離100米處射擊一野兔,其命中率為0.5,如果第一次射擊未中,則獵人進(jìn)行第二次射擊,但距離150米. 如果第二次射擊又未中,則獵人進(jìn)行第三次射擊,并且在發(fā)射瞬間距離為200米. 已知獵人的命中概率與距離的平方成反比,求獵人命中野兔的概率.
解 記三次射擊依次為事件A,B,C,其中,由,求得k=5000。
,命中野兔的概率為
例6 要制造一種機(jī)器零件,甲機(jī)床廢品率為0.05,而乙機(jī)床廢品率為0.1,而它們的生產(chǎn)是獨(dú)立的,從它們制造的產(chǎn)品中,分別任意抽取一件,求:
(1)其中至少有一件廢品的概率; (2)其中至多有一件廢品的概率.
解: 設(shè)事件A為“從甲機(jī)床抽得的一件是廢品”;B為“從乙機(jī)床抽得的一件是廢品”.
則P(A)=0.05, P(B)=0.1,
(1)至少有一件廢品的概率
(2)至多有一件廢品的概率
Ⅳ、概率內(nèi)容的新概念較多,本課時(shí)就學(xué)生易犯錯(cuò)誤作如下歸納總結(jié):
類(lèi)型一 “非等可能”與“等可能”混同
例1 擲兩枚骰子,求所得的點(diǎn)數(shù)之和為6的概率.
錯(cuò)解 擲兩枚骰子出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)之和2,3,4,…,12共11種基本事件,所以概率為P=
剖析 以上11種基本事件不是等可能的,如點(diǎn)數(shù)和2只有(1,1),而點(diǎn)數(shù)之和為6有(1,5)、(2,4)、(3,3)、(4,2)、(5,1)共5種.事實(shí)上,擲兩枚骰子共有36種基本事件,且是等可能的,所以“所得點(diǎn)數(shù)之和為6”的概率為P=.
類(lèi)型二 “互斥”與“對(duì)立”混同
例2 把紅、黑、白、藍(lán)4張紙牌隨機(jī)地分給甲、乙、丙、丁4個(gè)人,每個(gè)人分得1張,事件“甲分得紅牌”與“乙分得紅牌”是( )
A.對(duì)立事件 B.不可能事件 C.互斥但不對(duì)立事件 D.以上均不對(duì)
錯(cuò)解 A
剖析 本題錯(cuò)誤的原因在于把“互斥”與“對(duì)立”混同,二者的聯(lián)系與區(qū)別主要體現(xiàn)在 :
(1)兩事件對(duì)立,必定互斥,但互斥未必對(duì)立;(2)互斥概念適用于多個(gè)事件,但對(duì)立概念只適用于兩個(gè)事件;(3)兩個(gè)事件互斥只表明這兩個(gè)事件不能同時(shí)發(fā)生,即至多只能發(fā)生其中一個(gè),但可以都不發(fā)生;而兩事件對(duì)立則表示它們有且僅有一個(gè)發(fā)生.
事件“甲分得紅牌”與“乙分得紅牌”是不能同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,這兩個(gè)事件可能恰有一個(gè)發(fā)生,一個(gè)不發(fā)生,可能兩個(gè)都不發(fā)生,所以應(yīng)選C.
類(lèi)型三 “互斥”與“獨(dú)立”混同
例3 甲投籃命中率為O.8,乙投籃命中率為0.7,每人投3次,兩人恰好都命中2次的概率是多少?
錯(cuò)解 設(shè)“甲恰好投中兩次”為事件A,“乙恰好投中兩次”為事件B,則兩人都恰好投中兩次為事件A+B,P(A+B)=P(A)+P(B):
剖析 本題錯(cuò)誤的原因是把相互獨(dú)立同時(shí)發(fā)生的事件當(dāng)成互斥事件來(lái)考慮,將兩人都恰好投中2次理解為“甲恰好投中兩次”與“乙恰好投中兩次”的和.互斥事件是指兩個(gè)事件不可能同時(shí)發(fā)生;兩事件相互獨(dú)立是指一個(gè)事件的發(fā)生與否對(duì)另一個(gè)事件發(fā)生與否沒(méi)有影響,它們雖然都描繪了兩個(gè)事件間的關(guān)系,但所描繪的關(guān)系是根本不同.
解: 設(shè)“甲恰好投中兩次”為事件A,“乙恰好投中兩次”為事件B,且A,B相互獨(dú)立,
則兩人都恰好投中兩次為事件A?B,于是P(A?B)=P(A)×P(B)= 0.169
1 甲、乙二人參加普法知識(shí)競(jìng)賽,共有10個(gè)不同的題目,其中選擇題6個(gè),判斷題4個(gè),甲、乙二人依次各抽一題.
(Ⅰ)甲抽到選擇題、乙抽到判斷題的概率是多少?
(Ⅱ)甲、乙二人中至少有一人抽到選擇題的概率是多少?(2000年新課程卷)
四、高考題選講
2 如圖,用A、B、C三類(lèi)不同的元件連接成兩個(gè)系統(tǒng)N1、N2.當(dāng)元件A、B、C都正常工作時(shí),系統(tǒng)N1正常工作;當(dāng)元件A正常工作且元件B、C至少有一個(gè)正常工作時(shí),系統(tǒng)N2正常工作.已知元件A、B、C正常工作的概率依次為0.80,0.90,0.90.分別求系統(tǒng)N1、N2正常工作的概率P1、P2. (2001年新課程卷)
3 某單位6個(gè)員工借助互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展工作,每個(gè)員工上網(wǎng)的概率都是0.5(相互獨(dú)立).
(Ⅰ)求至少3人同時(shí)上網(wǎng)的概率;
(Ⅱ)至少幾人同時(shí)上網(wǎng)的概率小于0.3?(2002年新課程卷)
4 有三種產(chǎn)品,合格率分別是0.90,0.95和0.95,各抽取一件進(jìn)行檢驗(yàn).
(Ⅰ)求恰有一件不合格的概率;
(Ⅱ)求至少有兩件不合格的概率.(精確到0.001) (2003年新課程卷)
5. 從10位同學(xué)(其中6女,4男)中隨機(jī)選出3位參加測(cè)驗(yàn).每位女同學(xué)能通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率均為,每位男同學(xué)能通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率均為.試求:
(Ⅰ)選出的3位同學(xué)中,至少有一位男同學(xué)的概率;
(Ⅱ)10位同學(xué)中的女同學(xué)甲和男同學(xué)乙同時(shí)被選中且通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率.
(2004年全國(guó)卷Ⅰ)
解:本小題主要考查組合,概率等基本概念,獨(dú)立事件和互斥事件的概率以及運(yùn)用概率知識(shí)
解決實(shí)際問(wèn)題的能力,滿(mǎn)分12分.
解:(Ⅰ)隨機(jī)選出的3位同學(xué)中,至少有一位男同學(xué)的概率為
1-;………………6分
(Ⅱ)甲、乙被選中且能通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率為
;………………12分
6. 已知8支球隊(duì)中有3支弱隊(duì),以抽簽方式將這8支球隊(duì)分為A、B兩組,每組4支.求:
(Ⅰ)A、B兩組中有一組恰有兩支弱隊(duì)的概率;
(Ⅱ)A組中至少有兩支弱隊(duì)的概率. (2004年全國(guó)卷Ⅱ)
解:(Ⅰ)解法一:三支弱隊(duì)在同一組的概率為
故有一組恰有兩支弱隊(duì)的概率為
解法二:有一組恰有兩支弱隊(duì)的概率
(Ⅱ)解法一:A組中至少有兩支弱隊(duì)的概率
解法二:A、B兩組有一組至少有兩支弱隊(duì)的概率為1,由于對(duì)A組和B組來(lái)說(shuō),至少有兩支弱隊(duì)的概率是相同的,所以A組中至少有兩支弱隊(duì)的概率為
(Ⅰ)求這名同學(xué)得300分的概率;
(Ⅱ)求這名同學(xué)至少得300分的概率. (2004年全國(guó)卷Ⅲ)
7.某同學(xué)參加科普知識(shí)競(jìng)賽,需回答3個(gè)問(wèn)題.競(jìng)賽規(guī)則規(guī)定:答對(duì)第一、二、三問(wèn)題分別得100分、100分、200分,答錯(cuò)得零分.假設(shè)這名同學(xué)答對(duì)第一、二、三個(gè)問(wèn)題的概率分別為0.8、0.7、0.6,且各題答對(duì)與否相互之間沒(méi)有影響.
8. 從4名男生和2名女生中任選3人參加演講比賽.
(Ⅰ)求所選3人都是男生的概率;
(Ⅱ)求所選3人中恰有1名女生的概率;
(Ⅲ)求所選3人中至少有1名女生的概率. (2004年天津卷)
9. 某地區(qū)有5個(gè)工廠(chǎng),由于用電緊缺,規(guī)定每個(gè)工廠(chǎng)在一周內(nèi)必須選擇某一天停電
(選哪一天是等可能的).假定工廠(chǎng)之間的選擇互不影響.
(Ⅰ)求5個(gè)工廠(chǎng)均選擇星期日停電的概率;
(Ⅱ)求至少有兩個(gè)工廠(chǎng)選擇同一天停電的概率. (2004年浙江卷)
10. 甲、乙兩人參加一次英語(yǔ)口語(yǔ)考試,已知在備選的10道試題中,甲能答對(duì)其中的6題,乙能答對(duì)其中的8題.規(guī)定每次考試都從備選題中隨機(jī)抽出3題進(jìn)行測(cè)試,至少答對(duì)2題才算合格.
(Ⅰ)分別求甲、乙兩人考試合格的概率;
(Ⅱ)求甲、乙兩人至少有一人考試合格的概率. (2004年福建卷)
11. 甲、乙、丙三臺(tái)機(jī)床各自獨(dú)立地加工同一種零件,已知甲機(jī)床加工的零件是一等品而乙機(jī)床加工的零件不是一等品的概率為,乙機(jī)床加工的零件是一等品而丙機(jī)床加工的零件不是一等品的概率為,甲、丙兩臺(tái)機(jī)床加工的零件都是一等品的概率為.
(Ⅰ)分別求甲、乙、丙三臺(tái)機(jī)床各自加工零件是一等品的概率;
(Ⅱ)從甲、乙、丙加工的零件中各取一個(gè)檢驗(yàn),求至少有一個(gè)一等品的概率.
(2004年湖南卷)
12.為防止某突發(fā)事件發(fā)生,有甲、乙、丙、丁四種相互獨(dú)立的預(yù)防措施可供采用,單獨(dú)采用甲、乙、丙、丁預(yù)防措施后此突發(fā)事件不發(fā)生的概率(記為P)和所需費(fèi)用如下:
預(yù)防措施
甲
乙
丙
丁
P
0.9
0.8
0.7
0.6
費(fèi)用(萬(wàn)元)
90
60
30
10
預(yù)防方案可單獨(dú)采用一種預(yù)防措施或聯(lián)合采用幾種預(yù)防措施,在總費(fèi)用不超過(guò)120萬(wàn)元的前
提下,請(qǐng)確定一個(gè)預(yù)防方案,使得此突發(fā)事件不發(fā)生的概率最大.(2004年湖北卷)
解:方案1:?jiǎn)为?dú)采用一種預(yù)防措施的費(fèi)用均不超過(guò)120萬(wàn)元.由表可知,采用甲措施,可使此突發(fā)事件不發(fā)生的概率最大,其概率為0.9.
方案2:聯(lián)合采用兩種預(yù)防措施,費(fèi)用不超過(guò)120萬(wàn)元,由表可知.聯(lián)合甲、丙兩種預(yù)防措施可使此突發(fā)事件不發(fā)生的概率最大,其概率為1―(1―0.9)(1―0.7)=0.97.
方法3:聯(lián)合采用三種預(yù)防措施,費(fèi)用不超過(guò)120萬(wàn)元,故只能聯(lián)合乙、丙、丁三種預(yù)防措施,此時(shí)突發(fā)事件不發(fā)生的概率為1―(1―0.8)(1―0.7)(1―0.6)=1―0.024=0.976.
綜合上述三種預(yù)防方案可知,在總費(fèi)用不超過(guò)120萬(wàn)元的前提下,聯(lián)合使用乙、丙、丁三種預(yù)防措施可使此突發(fā)事件不發(fā)生的概率最大.
13. 設(shè)甲、乙、丙三人每次射擊命中目標(biāo)的概率分別為0.7、0.6和0.5.
(Ⅰ)三人各向目標(biāo)射擊一次,求至少有一人命中目標(biāo)的概率及恰有兩人命中目標(biāo)概率;(Ⅱ)若甲單獨(dú)向目標(biāo)射擊三次,求他恰好命中兩次的概率. (2004年重慶卷)
14.從數(shù)字1,2,3,4,5,中,隨機(jī)抽取3個(gè)數(shù)字(允許重復(fù))組成一個(gè)三位數(shù),其各位數(shù)字之和等于9的概率為 ( D )
A. B. C. D.
15.(本小題滿(mǎn)分12分)
一接待中心有A、B、C、D四部熱線(xiàn)電話(huà),已知某一時(shí)刻電話(huà)A、B占線(xiàn)的概率均為0.5,電話(huà)C、D占線(xiàn)的概率均為0.4,各部電話(huà)是否占線(xiàn)相互之間沒(méi)有影響.假設(shè)該時(shí)刻有ξ部電話(huà)占線(xiàn).試求隨機(jī)變量ξ的概率分布和它的期望.
解:本小題主要考查離散型隨機(jī)變量分布列和數(shù)學(xué)期望等概念.考查運(yùn)用概率知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.滿(mǎn)分12分.
解:P(ξ=0)=0.52×0.62=0.09.
P(ξ=1)= ×0.52×0.62+ ×0.52×0.4×0.6=0.3
P(ξ=2)= ×0.52×0.62+×0.52×0.4×0.6+ ×0.52×0.42=0.37.
P(ξ=3)= ×0.52×0.4×0.6+×0.52×0.42=0.2
P(ξ=4)= 0.52×0.42=0.04
于是得到隨機(jī)變量ξ的概率分布列為:
ξ
0
1
2
3
4
P
0.09
0.3
0.37
0.2
0.04
所以Eξ=0×0.09+1×0.3+2×0.37+3×0.2+4×0.04=1.8.
16.從1,2,……,9這九個(gè)數(shù)中,隨機(jī)抽取3個(gè)不同的數(shù),則這3個(gè)數(shù)的和為偶數(shù)的概率是(C )
A. B. C. D.
17.在由數(shù)字1,2,3,4,5組成的所有沒(méi)有重復(fù)數(shù)字的5位數(shù)中,大于23145且小于43521
的數(shù)共有 ( C )
A.56個(gè) B.57個(gè) C.58個(gè) D.60個(gè)
18.某工廠(chǎng)生產(chǎn)A、B、C三種不同型號(hào)的產(chǎn)品,產(chǎn)品數(shù)量之比依次為,現(xiàn)用分層抽樣方法抽出一個(gè)容量為n的樣本,樣本中A種型號(hào)產(chǎn)品有16件.那么此樣本的容量n= .(答案: 80)
19.標(biāo)號(hào)為1,2,…,10的10個(gè)球放入標(biāo)號(hào)為1,2,…,10的10個(gè)盒子內(nèi),每個(gè)盒內(nèi)放一個(gè)球,則恰好有3個(gè)球的標(biāo)號(hào)與其所在盒子的標(biāo)號(hào)不一致的放入方法共有 240
種.(以數(shù)字作答)
20.某校有老師200人,男學(xué)生1200人,女學(xué)生1000人.現(xiàn)用分層抽樣的方法從所有師生中抽取一個(gè)容量為n的樣本;已知從女學(xué)生中抽取的人數(shù)為80人,則n= 192 .
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