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        離散型隨機(jī)變量的均值和方差

        2016-05-30 21:20:57陸久元
        高中生學(xué)習(xí)·高二版 2016年3期
        關(guān)鍵詞:李師傅袋子方差

        陸久元

        離散型隨機(jī)變量的均值和方差是統(tǒng)計(jì)學(xué)中兩大重要的數(shù)字特征,其中均值反映的是隨機(jī)變量的總體平均取值水平,而方差則反映的是隨機(jī)變量的集中或穩(wěn)定程度. 在實(shí)際應(yīng)用中,往往可先將實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,再借助這兩大數(shù)字特征進(jìn)行科學(xué)對(duì)比,合理規(guī)劃和決策.

        已知離散型隨機(jī)變量的分布列求均值和方差

        例1 已知隨機(jī)變量[ξ]的分布列如下表:

        (1)求[ξ]的均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差;

        (2)設(shè)[η=2ξ+3],求[E(η),D(η)].

        解析 本題考查期望、方差的性質(zhì):若[y=ax+b],則[E(y)=aE(x)+b,D(y)=a2D(x)].

        (1)均值[E(ξ)=(-1)×12+0×13+1×16=-13],

        方差[D(ξ)=[(-1)-(-13)]2×12][+[0-(-13)]2×13]

        [+[1-(-13)]2×16=59],

        標(biāo)準(zhǔn)差[D(ξ)=53].

        (2)[E(η)=2E(ξ)+3=73],[D(η)=4D(ξ)=209].

        例2 某大廈的一部電梯從底層出發(fā)后只能在第18,19,20層??? 若該電梯在底層載有5位乘客,且每位乘客在這三層下電梯的概率均為[13],用[ξ]表示這5位乘客在第20層下電梯的人數(shù),則隨機(jī)變量[ξ]的數(shù)學(xué)期望[E(ξ)=]( )

        [A]. [43] [B]. [73]

        [C]. [53] [D]. [23]

        解析 一位乘客是否在第20層下電梯為一次試驗(yàn),這是5次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn),屬于二項(xiàng)分布于是[ξ]~[B(5,13)],故[E(ξ)=np=5×13=53].

        答案 [C]

        [已知均值或方差求參數(shù)值]

        例3 某射擊運(yùn)動(dòng)員射中的環(huán)數(shù)[ξ]的分布列如下:

        已知[E(ξ)=8.9],則[y]的值為( )

        A. [0.4] B. [0.6]

        C. [0.7] D. [0.9]

        解析 本題運(yùn)用分布列的性質(zhì)和期望公式列方程組求解.

        由條件得:[x+y+0.1+0.3=1,7x+8×0.1+9×0.3+10y=8.9,]

        解得[x=0.2,y=0.4.]

        答案 [A]

        例4 張老師從課本上抄錄一個(gè)隨機(jī)變量[ξ]的分布列如下表:

        [[ξ]\&1\&2\&3\&[P]\&?\&?。??\&]

        請(qǐng)同學(xué)計(jì)算[ξ]的數(shù)學(xué)期望,盡管“!”處完全無(wú)法看清,且兩個(gè)“?”處字跡模糊,但能斷定這兩個(gè)“?”處的數(shù)值相同. 據(jù)此得出正確答案[E(ξ)=] .

        解析 設(shè)“?”為[a],“!”為[b],則[2a+b=1],[E(ξ)=a+2b+3a=2(2a+b)=2]. 故填2.

        [對(duì)兩種方案的對(duì)比判斷]

        例5 最近,李師傅一家三口打算用10萬(wàn)元錢進(jìn)行投資理財(cái),構(gòu)想了三種方案:

        方案一:李師傅的兒子認(rèn)為,根據(jù)股市收益大的特點(diǎn),應(yīng)該將10萬(wàn)元全部用來(lái)買股票. 據(jù)分析預(yù)測(cè),投資股市一年可能獲利[40%],也可能虧損[20%](假定只有這兩種可能),且獲利的概率為[12];

        方案二:李師傅認(rèn)為,現(xiàn)在股市風(fēng)險(xiǎn)大,基金風(fēng)險(xiǎn)較小,應(yīng)將10萬(wàn)元全部用來(lái)買基金. 據(jù)分析預(yù)測(cè),投資基金一年后可能獲利[20%],可能損失[10%],也可能不賠不賺,且這三種情況發(fā)生的概率分別為[35,15,15];

        方案三:李師傅的妻子認(rèn)為,投資股市、基金都有風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)該將10萬(wàn)元全部存入銀行一年,現(xiàn)在存款年利率為[4%],存款利息稅率為[5%].

        針對(duì)以上三種投資方案,請(qǐng)你為李師傅選擇一種合理的理財(cái)方案,并說(shuō)明理由.

        解析 合理的理財(cái)方案應(yīng)滿足兩個(gè)條件:①獲利高,②穩(wěn)定性強(qiáng). 可從數(shù)學(xué)期望和方差兩方面考慮,優(yōu)先選擇期望值較大的方案,若期望值相同應(yīng)選擇方差較小的方案.

        (1)若按方案一執(zhí)行,設(shè)收益為[ξ]萬(wàn)元,則[ξ]的分布列為:

        [[ξ]\&[4]\&[-2]\&[P]\&[12]\&[12]\&]

        于是[E(ξ)=4×12+(-2)×12=1]萬(wàn)元.

        (2)若按方案二執(zhí)行,設(shè)收益為[η]萬(wàn)元,則[η]的分布列為:

        于是[E(η)=2×35+0×15+(-1)×15=1]萬(wàn)元.

        (3)若按方案三執(zhí)行,

        收益[y=10×4%×(1-5%)=0.38]萬(wàn)元.

        由于[E(ξ)=E(η)>y],

        且[D(ξ)=(4-1)2×12+(-2-1)2×12=9],

        [D(η)=(2-1)2×35+(0-1)2×15+(-1-1)2×15=85].

        由上知[D(ξ)>D(η)],這說(shuō)明雖然方案一、方案二收益相等,但方案二更穩(wěn)定,所以建議李師傅家選擇方案二進(jìn)行投資理財(cái)較為合理.

        總的來(lái)說(shuō),求解離散型隨機(jī)變量的均值與方差,關(guān)鍵要過(guò)好“三關(guān)”:一是“判斷關(guān)”,即依據(jù)題意判斷隨機(jī)變量的所有可能的取值;二是“求概率關(guān)”,即利用排列組合相關(guān)原理,以及古典概型等公式求出隨機(jī)變量取各值時(shí)的概率;三是“應(yīng)用定義關(guān)”,即列出隨機(jī)變量的分布列,利用隨機(jī)變量的均值與方差公式進(jìn)行計(jì)算. 另外,還應(yīng)牢記幾種特殊分布列的數(shù)學(xué)期望和方差公式,可適當(dāng)簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程.

        [練習(xí)]

        1. 已知離散型隨機(jī)變量[X]的分布列為:

        則[X]的均值[E(X)=]( )

        A. [32] B. [2]

        C. [52] D. [3]

        2. 若[X]是離散型隨機(jī)變量,[P(X=x1)=23,][P(X=x2)=13],且[x1A. [53] B. [73]

        C. [3] D. [113]

        3. 已知拋物線[y=ax2+bx+c(a≠0)]的對(duì)稱軸在[y]軸的左側(cè),其中[a,b,c∈{-3,-2,-1,0,1,2,3}],在這些拋物線中,記隨機(jī)變量[ξ=|a-b|]的取值,則[E(ξ)=]( )

        A. [89] B. [35]

        C. [25] D. [13]

        4. 已知隨機(jī)變量[ξ]的分布列為[P(ξ=m)=13,][P(ξ=n)=a],若[E(ξ)=2],則[D(ξ)]的最小值為 .

        5. 設(shè)袋子中裝有[a]個(gè)紅球,[b]個(gè)黃球,[c]個(gè)藍(lán)球,且規(guī)定:取出一個(gè)紅球得1分,取出一個(gè)黃球得2分,取出一個(gè)藍(lán)球得3分.

        (1)當(dāng)[a=3,b=2,c=1]時(shí),從該袋子中任?。ㄓ蟹呕?,且每球取到的機(jī)會(huì)均等)2個(gè)球,記隨機(jī)變量[ξ]為取出此2球所得分?jǐn)?shù)之和,求[ξ]的分布列;

        (2)從該袋子中任取(每球取到的機(jī)會(huì)均等)1個(gè)球,記隨機(jī)變量[η]為取出此球所得分?jǐn)?shù),若[E(η)=53,D(η)=59],求[a∶b∶c].

        [參考答案]

        1. [E(X)=1×35+2×310+3×110=32],故選[A].

        2. 由條件知:[x1?23+x2?13=43(x1-43)2?23+(x2-43)2?13=29]

        解得[x1=53x2=23]或[x1=1x2=2]

        又[x1

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