| 4.2.2 离散型随机变量的分布列 题目答案及解析

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选择性必修二

第四章 概率与统计

4.2 随机变量

4.2.2 离散型随机变量的分布列

第十五届全国运动会将于$2025$年在广东、香港、澳门三地举办.为了普及全运知识,某大学举办了一次全运知识竞赛,竞赛分为初赛与决赛,初赛通过后才能参加决赛.

$(1)$初赛从$7$道题中任选$3$题作答,$3$题均答对则进入决赛.已知这$7$道题中小王能答对其中$4$道题,记小王在初赛中答对的题目个数为$X$,求$X$的分布列;

$(2)$为鼓励大学生踊跃参赛并取得佳绩,对进入决赛的参赛大学生给予一定的奖励.奖励规则如下:已进入决赛的参赛学生允许连续抽奖$3$次,中奖$1$次奖励$120$元,中奖$2$次一奖励$180$元,中奖$3$次奖励$360$元,若$3$次均未中奖,则只奖励$60$元.假定每次抽奖中奖的概率均为$p(0\lt p\lt 1)$,且每次是否中奖相互独立.

$(i)$记一名进入决赛的大学生恰好中奖$1$次的概率为$f(p)$,求$f(p)$的极大值;

$(ii)$该校体育系共有$18$名学生进入了决赛,若这$18$名大学生获得的总奖金的期望值不小于$2240$元,求此时$p$的取值范围.

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$(1)$分布列见解析;

$(2)$(i)$\\dfrac{4}{9}$;(ii)$\\left[\\dfrac{1}{3},1\\right)$

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$(1)$由题意,小王答对题目个数$X=0$$1$$2$$3$

$P(X=0)=\dfrac{{\rm C}_{3}^{3}}{{\rm C}_{7}^{3}}=\dfrac{1}{35}$$P(X=1)=\dfrac{{\rm C}_{4}^{1}{\rm C}_{3}^{2}}{{\rm C}_{7}^{3}}=\dfrac{12}{35}$$P(X=2)=\dfrac{{\rm C}_{4}^{2}{\rm C}_{3}^{1}}{{\rm C}_{7}^{3}}=\dfrac{18}{35}$$P(X=3)=\dfrac{{\rm C}_{4}^{3}}{{\rm C}_{7}^{3}}=\dfrac{4}{35}$

$X$的分布列为:

$X$$0$$1$$2$$3$
$P$$\dfrac{1}{35}$$\dfrac{12}{35}$$\dfrac{18}{35}$$\dfrac{4}{35}$

$(2)$$(i)$由题意知$f(p)={\rm C}_{3}^{1}p{{(1-p)}^{2}}=3{{p}^{3}}-6{{p}^{2}}+3p(0\lt p\lt 1)$

${f}'(p)=9{{p}^{2}}-12p+3=3(3p-1)(p-1)$

${f}'(p)\gt 0$,解得$0\lt p\lt \dfrac{1}{3}$,令${f}'(p)\lt 0$,解得$\dfrac{1}{3}\lt p\lt 1$

$f(p)$$\left(0,\dfrac{1}{3}\right)$上单调递增,在$\left(\dfrac{1}{3},1\right)$上单调递减,

$\therefore $$p=\dfrac{1}{3}$时,$f(p)$有极大值为$f\left(\dfrac{1}{3}\right)=\dfrac{4}{9}$

$(ii)$由题可设每名进入决赛的大学生获得奖金为随机变量$Y$

$Y$可能取值为$60$$120$$180$$360$

$P(Y=60)={{(1-p)}^{3}}$$P(Y=120)={\rm C}_{3}^{1}p{{(1-p)}^{2}}$

$P(Y=180)={\rm C}_{3}^{2}{{p}^{2}}(1-p)$$P(Y=360)={{p}^{3}}$

$\therefore E(Y)=60{{(1-p)}^{3}}+120{\rm C}_{3}^{1}p{{(1-p)}^{2}}+180{\rm C}_{3}^{2}{{p}^{2}}(1-p)+360{{p}^{3}}=60(2{{p}^{3}}+3P+1)$

$\therefore 18E(Y) \geqslant 2240$$1080(2{{p}^{3}}+3p+1) \geqslant 2240$

整理得$2{{p}^{3}}+3p-\dfrac{29}{27} \geqslant 0$,即$\left(p-\dfrac{1}{3}\right)\left(2{{p}^{2}}+\dfrac{2}{3}p+\dfrac{29}{9}\right) \geqslant 0$

$\because 2{{p}^{2}}+\dfrac{2}{3}p+\dfrac{29}{9}\gt 0$恒成立,

$\therefore $ 只需$p-\dfrac{1}{3} \geqslant 0$

$\therefore p$的取值范围为$\left[\dfrac{1}{3},1\right)$

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