人教2003年版高中數(shù)學(xué)第三冊(cè)(選修Ⅱ)p?11有這樣一道例題:有一批數(shù)量很大的產(chǎn)品,其次品率是15%.對(duì)這批產(chǎn)品進(jìn)行抽查,每次抽出1件,如果抽出次品,則抽查終止,否則繼續(xù)抽查,直到抽出次品,但抽查次數(shù)最多不超過10次.求抽查次數(shù)ξ的期望(結(jié)果保留三個(gè)有效數(shù)字).
課本中解答:
抽查次數(shù)ξ取1~10的整數(shù),從這批數(shù)量很大的產(chǎn)品中每次抽取一件檢查的試驗(yàn)可以認(rèn)為是彼此獨(dú)立的,取出次品的概率是0.15,取出正品的概率是0.85,前k-1次取出正品而第k次(k=1,2,…,9)取出次品的概率P(ξ=k)=0.85k-1×0.15,(k=1,2,…,9).
需要抽查10次即前9次取出的都是正品的概率P(ξ=10)=0.859.
由此可得ξ的概率分布如下:
根據(jù)以上的概率分布,可得ξ的期望:Eξ=1×0.15+2×0.1275+…+10×0.2316=5.35.上課時(shí),筆者先向同學(xué)提出以下幾點(diǎn)問題:
(1)題目條件中沒有說是“有放回”地抽查,還是“無放回”
地抽查,例題(課本例題的簡(jiǎn)稱,以下同)的解答是否有問題?
(2)前k-1次抽到次品,第k次抽到正品,隨機(jī)變量ξ服從幾何分布,例題解答的分布列是否有問題?
(3)在例題解答中,有“需要抽查10次即前9次取出的都是正品的概率P(ξ=10)=0.859.為什么不考慮第10次的抽查結(jié)果?
待同學(xué)積極思考,熱烈討論大約10分鐘后,筆者作如下講解:
(1)題目中有條件“有一批數(shù)量很大的產(chǎn)品”,說明有限的少許幾次抽查,是否放回對(duì)每次取到正品或次品的概率可以認(rèn)為沒有影響,因此,無需說明“是否放回”;
(2)課本p?7寫道,隨機(jī)變量ξ服從幾何分布的條件:“ξ=k”表示第k次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)時(shí)事件第一次發(fā)生.強(qiáng)調(diào)的是:①前k-1次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)時(shí),事件沒有發(fā)生,第k次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)時(shí)事件第一次發(fā)生;②這樣的獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)可能無限次地進(jìn)行下去.而例題中的隨機(jī)變量“ξ=k”是指抽查k次,并不是“事件在第k次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)時(shí)第一次發(fā)生”,因此,不服從幾何分布;
(3)例題中,“ξ=10”指需要抽查10次,前9次一定抽到正品,否則抽查早就結(jié)束,而第10次抽查時(shí),沒有說一定是抽到次品,可能抽到正品或次品,是一個(gè)必然事件;于是P(ξ=10)=0.859×1.另一種理解:P(ξ=10)=0.859×0.15+0.859×0.85=0.859×(0.15+0.85)=0.859×1.
由于事先進(jìn)行了精心準(zhǔn)備和思考,所以上課時(shí)受到了學(xué)生的普遍歡迎,收效顯著,學(xué)生掌握了知識(shí)的來龍去脈,解答自如,觸類旁通.
例1(2005年高考廣東卷第18題)箱中裝有大小相同的黃、白兩種顏色的乒乓球,黃、白乒乓球的數(shù)量比為s∶t,現(xiàn)從箱中每次任意取出一個(gè)球,若取出的是黃球則結(jié)束,若取出的是白球,則將其放回箱中,并繼續(xù)從箱中任意取出一個(gè)球,但取球的次數(shù)最多不超過n次.以ξ表示取球結(jié)束時(shí)已取到白球的次數(shù).
(Ⅰ)求ξ的分布列;
(Ⅱ)求ξ的數(shù)學(xué)期望.
分析若只注意到前k-1次取到白球,第k次取到黃球,則試驗(yàn)結(jié)束,很容易認(rèn)為ξ服從幾何分布,從而錯(cuò)誤地得到Eξ=1/p=s+t/s.
其實(shí),這道題的隨機(jī)變量ξ不服從幾何分布,一方面,可以是“ξ=0”;另一方面,“ξ=n”表示前n次都沒有取到黃球(即取到黃球的事件沒有發(fā)生).于是
(Ⅰ)ξ的分布列是:ξ012…n
正確寫出分布列,是解決第二問的前提.
第(Ⅱ)問解答略.
例2袋中有1個(gè)白球和4個(gè)黑球,每次從其中任取一個(gè)球,直到取到白球?yàn)橹?,求取球次?shù)的分布列.
分析題中球的個(gè)數(shù)很少,未指明取出的黑球是否放回,所以本題應(yīng)分兩種情況解答.
(1)當(dāng)取出的球?yàn)楹谇驎r(shí)就放回,則隨機(jī)變量ξ服從幾何分布,
P(ξ=k)=(4/5)k-1?1/5.
隨機(jī)變量ξ的分布列是:ξ123…n…
(2)當(dāng)取出的球?yàn)楹谇驎r(shí)不放回,則隨機(jī)變量η不服從幾何分布:
P(η=1)=1/5=