| 4.2.3 二项分布与超几何分布 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选择性必修二

第四章 概率与统计

4.2 随机变量

4.2.3 二项分布与超几何分布

$2022$$2$$6$日,中国女足在两球落后的情况下,以$3$$2$逆转击败韩国女足,成功夺得亚洲杯冠军,在之前的半决赛中,中国女足通过点球大战$6:5$惊险战胜日本女足,其中门将朱钰两度扑出日本队员的点球,表现神勇.
$(1)$扑点球的难度一般比较大,假设罚点球的球员会等可能地随机选择球门的左、中、右三个方向射门,门将也会等可能地随机选择球门的左、中、右三个方向来扑点球,而且门将即使方向判断正确也有$\dfrac{1}{2}$的可能性扑不到球.不考虑其它因素,在一次点球大战中,求门将在前三次扑出点球的个数$X$的分布列和期望;
$(2)$好成绩的取得离不开平时的努力训练,甲、乙、丙、丁$4$名女足队员在某次传接球的训练中,球从甲脚下开始,等可能地随机传向另外$3$人中的$1$人,接球者接到球后再等可能地随机传向另外$3$人中的$1$人,如此不停地传下去,假设传出的球都能接住.记第$n$次传球之前球在甲脚下的概率为$p_{n}$,易知$p_{1}=1,p_{2}=0$.
①试证明$\left\{{{p_n}-\dfrac{1}{4}}\right\}$为等比数列;
②设第$n$次传球之前球在乙脚下的概率为$q_{n}$,比较$p_{10}$$q_{10}$的大小.

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$(1)$答案见解析;

$(2)$①证明见解析;

$p_{10} \\lt q_{10}$

"]]

$(1)$由题意可得,门将每次可以扑出点球的概率$p=\dfrac{1}{3}{×}\dfrac{1}{3}{×}3{×}\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{6}$
$X\sim B\left(3,\dfrac{1}{6}\right)$
门将在前三次扑出点球的个数$X$可能的取值为$0$$1$$2$$3$
$P\left(X=k\right)={\rm C}_{3}^{k}\left(\dfrac{1}{6}\right)^{k}\left(\dfrac{5}{6}\right)^{3-k}$$k=0$$1$$2$$3$
$X$的分布列为:

$X$

$ 0$

$ 1$

$2$

$ 3$

$ P$

$\dfrac{125}{216}$

$\dfrac{25}{72}$

$\dfrac{5}{72}$

$\dfrac{1}{216}$

$E\left(X\right)=3{×}\dfrac{1}{6}=\dfrac{1}{2}$.
$(2)$证明:①第$n$次传球之前在甲脚下的概率为$p_{n}$
则当$n\geqslant 2$时,第$n-1$次传球之前球在甲脚下的概率为$p_{n-1}$,第$n-1$次传球之前球不在甲脚下的概率为$1-p_{n-1}$
${p}_{n}={p}_{n-1}{\cdot }0+\left(1-{p}_{n-1}\right){\cdot }\dfrac{1}{3}=-\dfrac{1}{3}{p}_{n-1}+\dfrac{1}{3}$,即${p}_{n}-\dfrac{1}{4}=\dfrac{1}{3}\left({p}_{n-1}-\dfrac{1}{4}\right)$
$\because {p}_{1}-\dfrac{1}{4}=\dfrac{3}{4}$
$\therefore \left\{{{p_n}-\dfrac{1}{4}}\right\}$是以$\dfrac{3}{4}$为首项,公比为$-\dfrac{1}{3}$的等比数列,
②由①可知,${p}_{n}=\dfrac{3}{4}\left(-\dfrac{1}{3}\right)^{n-1}+\dfrac{1}{4}$
${p}_{10}=\dfrac{3}{4}\left(-\dfrac{1}{3}\right)^{9}+\dfrac{1}{4}{\lt }\dfrac{1}{4},{q}_{10}=\dfrac{1}{3}\left(1-{p}_{10}\right){\gt }\dfrac{1}{4}$
$p_{10} \lt q_{10}$.

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