千题百炼――高中数学100个热点问题(三)：第90炼 取球问题

第十一章第90炼取球问题概率与随机变量第90炼取球问题一、基础知识：在很多随机变量的题目中，常以“取球”作为故事背景，通过对“取球”提出不同的要求，来考察不同的模型，常见的模型及处理方式如下：1、独立重复试验模型：关键词“可放回的抽取”，即下一次的取球试验与上一次的相同。2、超几何分布模型：关键词“不放回的抽取”3、与条件概率相关：此类问题通常包含一个抽球的规则，并一次次的抽取，要注意前一次的结果对后一步抽球的影响4、古典概型：要注意虽然题目中会说明“相同的”小球，但是为了能使用古典概型（保证基本事件为等可能事件），通常要将“相同的”小球视为“不同的”元素，在利用排列组合知识进行分子分母的计数。5、数字问题：在小球上标注数字，所涉及的问题与数字相关（奇，偶，最大，最小等），在解决此类问题时，要将数字模型转化为“怎样取球”的问题，从而转化为前几个类型进行求解。二、典型例题：例1：一袋中有6个黑球，4个白球（1）不放回地依次取出3个球，已知第一次取出的是白球，求第三次取到黑球的概率（2）有放回地依次取出3个球，已知第一次取出的是白球，求第三次取到黑球的概率（3）有放回的依次取出3个球，求取到白球个数X的分布列，期望和方差（1）思路：因为是不放回的取球，所以后面取球的情况受到前面的影响，要使用条件概率相关公式进行计算。第一次已经取到白球，所以剩下6个黑球，3个白球；若第二次取到黑球，则第三次取到黑球的概率为6598，若第二次取到白球，则第三次取到黑球的概率为3698，从而能够得到第三次取到黑球的概率解：设事件A为“不放回取球，第一次取出白球时，第三次取到黑球”65364829898723PA（2）思路：因为是有放回的取球，所以每次取球的结果互不影响，属于独立重复试验模型，所以第三次取球时依然是6个黑球，3个白球，取得黑球的概率为69解：设事件B为“有放回取球，第一次取出白球时，第三次取到黑球”第十一章第90炼取球问题概率与随机变量23PB（3）思路：本问依然属于独立重复试验模型，X的取值为0,1,2,3，则X符合二项分布，即23,5XB，所以可通过二项分布的概率计算公式求得概率，得到分布列解：X的取值为0,1,2,3，依题意可得：23,5XB30332705125PXC2133254155125PXC12233236255125PXC3332835125PXCX0123P271255412536125812523,5XB26355EX231835525DX例2：已知甲盒内有大小相同的1个红球和3个黑球，乙盒内有大小相同的3个红球和3个黑球，现从甲，乙两个盒内各任取2个球（1）求取出的4个球中没有红球的概率（2）求取出的4个球中恰有1个红球的概率（3）设为取出的4个球中红球的个数，求的分布列和数学期望思路：本题这三问的关键在于所取球中红球的个数，考虑红球个数来自于两个盒内拿出红球个数的总和，所以可将红球总数进行分配，从而得到每个盒中出红球的情况，进而计算出概率（1）设事件iA为“甲盒中取出i个红球”，事件jB为“乙盒中取出j个红球”则2213332246,iijjijCCCCPAPBCC设事件A为“4个球中没有红球”第十一章第90炼取球问题概率与随机变量则0202133300224633161510CCCCPAPAPBCC（2）设事件B为“4个球中恰有1个红球”0211110213331333011022224646393326156155CCCCCCCCPBPABPABCCCC（3）可取的值为0,1,2,31010PPA215PPB0220111113331333021122224646225CCCCCCCCPPABPABCCCC11021333122246331361510CCCCPPABCC的分布列为：0123P11025251101221301231055102E例3：甲、乙两袋中各装有大小相同的小球9个，其中甲袋中红色、黑色、白色小球的个数分别为2、3、4，乙袋中红色、黑色、白色小球的个数均为3，某人用左右手分别从甲、乙两袋中取球．（1）若左右手各取一球，求两只手中所取的球颜色不同的概率；（2）若左右手依次各取两球，称同一手中两球颜色相同的取法为成功取法，记成功取法次数为随机变量X，求X的分布列和数学期望．解：（1）设事件A为“两只手中所取的球颜色不同”，则A为“两只手中所取的球颜色相同”2333432119999993PAPA（2）X可取的值为0,1,2左手取球成功的概率222234129518CCCPC第十一章第90炼取球问题概率与随机变量右手取球成功的概率22233322914CCCPC511301118424PX5151711118418418PX515218472PXX的分布列为X012P132471857213751901224187236EX例4：袋中装有若干个质地均匀大小相同的红球和白球，白球数量是红球数量的两倍，每次从袋中摸出一个球，然后放回，若累计3次摸到红球则停止摸球，否则继续摸球直到第5次摸球后结束（1）求摸球四次就停止的事件发生的概率（2）记摸到红球的次数为，求随机变量的分布列及其期望（1）思路：本题为有放回摸球，可理解为独立重复试验，如果摸球四次就停止，说明在这四次中一共摸到3次红球，且前三次有两次摸到红球，第四次又摸到红球。通过红白球数量关系可知一次摸球中摸到红球的概率为13，然后可按照分析列式并求出概率。解：设事件A为“摸球四次即停止摸球“解：依题意可得：在一次摸球中，摸到红球的概率为13223214339PAC（2）思路：可知可取的值为0,1,2,3，当0,1,2时，摸球是通过完成5次后停止，所以可利用独立重复试验模型计算概率；当3时，按照规则有可能摸球提前结束，所以要按摸球的次数（3次，4次，5次）分类讨论后再汇总第十一章第90炼取球问题概率与随机变量解：可取的值为0,1,2,3523203243P4151280133243PC23251280233243PC32222234112112151173333333324381PCC的分布列为：0123P32243802438024317813280801713101232432432438181E例5：某商场在店庆日进行抽奖促销活动，当日在该店消费的顾客可参加抽奖．抽奖箱中有大小完全相同的4个小球，分别标有字“生”“意”“兴”“隆”．顾客从中任意取出1个球，记下上面的字后放回箱中，再从中任取1个球，重复以上操作，最多取4次，并规定若取出“隆”字球，则停止取球．获奖规则如下：依次取到标有“生”“意”“兴”“隆”字的球为一等奖；不分顺序取到标有“生”“意”“兴”“隆”字的球，为二等奖；取到的4个球中有标有“生”“意”“兴”三个字的球为三等奖．（1）求分别获得一、二、三等奖的概率；（2）设摸球次数为，求的分布列和数学期望．解：（1）设iA为“获得i等奖”1111114444256PA3231111514444256PAA1233411119444464PACA（2）摸球次数可取的值为1,2,3,4114P31324416P第十一章第90炼取球问题概率与随机变量3319344464P33327444464P的分布列为：1234P1431696427641392711123441664644E例6：学校游园活动有这样一个游戏项目：甲箱子里装有3个白球，2个黑球；乙箱子里面装有1个白球，2个黑球；这些球除了颜色外完全相同，每次游戏从这两个箱子里各随机摸出2个球，若摸出的白球不少于2个，则获奖（每次游戏后将球放回原箱）（1）求在一次游戏中①摸出3个白球的概率②获奖的概率（2）求在三次游戏中获奖次数X的分布列与期望（1）思路：本题的结果实质上是一个“拼球”的过程，即两个箱子各自拿球，然后统计白球的个数。则①：若摸出3个白球，则情况为甲2乙1。②：若获奖，则白球个数不少于2个，可分成白球有3个或有2个两种情况，分别求出概率再求和即可解：设iA为“甲箱子里取出i个白球”，jB为“乙箱子里取出j个白球”①设事件A为“摸出3个白球”21131221215315CCCPAPABCC②设事件B为“获奖”（即白球不少于2个）1111223212321120212222535317510CCCCCCPBPABPABPABCCCC（2）思路：三次游戏可视为独立重复试验，所以获奖次数X服从二项分布，由（1）可得73,10XB，从而可利用公式计算概率，列出分布列解：X可取的值为0,1,2,3，依题意可得：73,10XB第十一章第90炼取球问题概率与随机变量3033270101000PXC21373189110101000PXC22373441210101000PXC33373433101000PXCX的分布列为：X0123P27100018910004411000343100073,10XB72131010EX例7：一个袋子中装有6个红球和4个白球，假设袋子中的每一个球被摸到可能性是相等的。（1）从袋子中任意摸出3个球，求摸出的球均为白球的概率；（2）一次从袋子中任意摸出3个球，若其中红球的个数多于白球的个数，则称“摸球成功”（每次操作完成后将球放回），某人连续摸了3次，记“摸球成功”的次数为，求的分布列和数学期望。（1）思路：此问可用古典概型解决，事件为“10个球中任意摸出3个球”，则310nC，所求事件A为“均是白球”，则34nAC，从而130nAPAn解：设事件A为“3个球均为白球“343104112030CPAC（2）思路：按题目叙述可知对于摸3次球，由于是有放回的摸，所以相当于独立重复试验，结合的含义可知服从二项分布。但“摸球成功”的概率还未知，所以先根据“摸球成功”的要求利用古典概型计算出一次成功的概率，再通过二项分布的公式计算的分布列即可解：设事件B为“一次摸球成功”213064643108021203CCCCPBC第十一章第90炼取球问题概率与随机变量的取值为0,1,2,3，依题意可得：23,3B303110327PC21321613327PC2123211223327PC333283327PC的分布列为：0123P1272949827124801232279927E例8：袋中装着标有数字1,2,3,4的小球各3个，从袋中任取