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高中概率专项训练:12 类 72 题

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A. 等可能计数与对立事件

讲题追问:解释为什么不能把“全男”和“有女生”看成两个等可能样本点。

题 1

5 人中有 2 名女生,所有二人小组等可能被选中。求至少一名女生的概率,并分别用正面分类和对立事件计算。

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样本点为无序二人集合,共 $\binom{5}2=10$ 个。至少一女的对立是全男,故 $P=1-\binom{3}2/\binom{5}2=\frac{7}{10}$。正面分为恰一女和两女,计数为 $2\times3+\binom{2}2=7$,除以相同分母得到同一结果。两类互斥且覆盖目标事件,概率在 0 与 1 之间。

题 2

6 人中有 2 名女生,所有二人小组等可能被选中。求至少一名女生的概率,并分别用正面分类和对立事件计算。

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样本点为无序二人集合,共 $\binom{6}2=15$ 个。至少一女的对立是全男,故 $P=1-\binom{4}2/\binom{6}2=\frac{3}{5}$。正面分为恰一女和两女,计数为 $2\times4+\binom{2}2=9$,除以相同分母得到同一结果。两类互斥且覆盖目标事件,概率在 0 与 1 之间。

题 3

6 人中有 3 名女生,所有二人小组等可能被选中。求至少一名女生的概率,并分别用正面分类和对立事件计算。

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样本点为无序二人集合,共 $\binom{6}2=15$ 个。至少一女的对立是全男,故 $P=1-\binom{3}2/\binom{6}2=\frac{4}{5}$。正面分为恰一女和两女,计数为 $3\times3+\binom{3}2=12$,除以相同分母得到同一结果。两类互斥且覆盖目标事件,概率在 0 与 1 之间。

题 4

7 人中有 3 名女生,所有二人小组等可能被选中。求至少一名女生的概率,并分别用正面分类和对立事件计算。

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样本点为无序二人集合,共 $\binom{7}2=21$ 个。至少一女的对立是全男,故 $P=1-\binom{4}2/\binom{7}2=\frac{5}{7}$。正面分为恰一女和两女,计数为 $3\times4+\binom{3}2=15$,除以相同分母得到同一结果。两类互斥且覆盖目标事件,概率在 0 与 1 之间。

题 5

8 人中有 4 名女生,所有二人小组等可能被选中。求至少一名女生的概率,并分别用正面分类和对立事件计算。

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样本点为无序二人集合,共 $\binom{8}2=28$ 个。至少一女的对立是全男,故 $P=1-\binom{4}2/\binom{8}2=\frac{11}{14}$。正面分为恰一女和两女,计数为 $4\times4+\binom{4}2=22$,除以相同分母得到同一结果。两类互斥且覆盖目标事件,概率在 0 与 1 之间。

题 6

9 人中有 4 名女生,所有二人小组等可能被选中。求至少一名女生的概率,并分别用正面分类和对立事件计算。

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样本点为无序二人集合,共 $\binom{9}2=36$ 个。至少一女的对立是全男,故 $P=1-\binom{5}2/\binom{9}2=\frac{13}{18}$。正面分为恰一女和两女,计数为 $4\times5+\binom{4}2=26$,除以相同分母得到同一结果。两类互斥且覆盖目标事件,概率在 0 与 1 之间。

B. 事件运算与概念辨析

讲题追问:指出互斥、对立、独立的判据各是什么。

题 7

已知 $P(A)=\frac{1}{2},P(B)=\frac{1}{3},P(A\cap B)=\frac{1}{6}$。求恰有一个发生、至少一个发生、都不发生的概率,并判断互斥与独立。

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把全集分成仅 A、交集、仅 B、都不发生四块,权重依次为 $\frac{1}{3},\frac{1}{6},\frac{1}{6},\frac{1}{3}$,均非负且和为 1。恰一发生为 $P(A)+P(B)-2P(A\cap B)=\frac{1}{2}$;至少一发生为 $\frac{2}{3}$;都不发生为 $\frac{1}{3}$。交集为正,所以不互斥。乘积 $P(A)P(B)=\frac{1}{6}$ 等于交集,故独立。

题 8

已知 $P(A)=\frac{3}{5},P(B)=\frac{2}{5},P(A\cap B)=\frac{1}{5}$。求恰有一个发生、至少一个发生、都不发生的概率,并判断互斥与独立。

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把全集分成仅 A、交集、仅 B、都不发生四块,权重依次为 $\frac{2}{5},\frac{1}{5},\frac{1}{5},\frac{1}{5}$,均非负且和为 1。恰一发生为 $P(A)+P(B)-2P(A\cap B)=\frac{3}{5}$;至少一发生为 $\frac{4}{5}$;都不发生为 $\frac{1}{5}$。交集为正,所以不互斥。乘积 $P(A)P(B)=\frac{6}{25}$ 不等于交集,故不独立。

题 9

已知 $P(A)=\frac{2}{3},P(B)=\frac{1}{2},P(A\cap B)=\frac{1}{3}$。求恰有一个发生、至少一个发生、都不发生的概率,并判断互斥与独立。

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把全集分成仅 A、交集、仅 B、都不发生四块,权重依次为 $\frac{1}{3},\frac{1}{3},\frac{1}{6},\frac{1}{6}$,均非负且和为 1。恰一发生为 $P(A)+P(B)-2P(A\cap B)=\frac{1}{2}$;至少一发生为 $\frac{5}{6}$;都不发生为 $\frac{1}{6}$。交集为正,所以不互斥。乘积 $P(A)P(B)=\frac{1}{3}$ 等于交集,故独立。

题 10

已知 $P(A)=\frac{3}{4},P(B)=\frac{1}{4},P(A\cap B)=\frac{1}{8}$。求恰有一个发生、至少一个发生、都不发生的概率,并判断互斥与独立。

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把全集分成仅 A、交集、仅 B、都不发生四块,权重依次为 $\frac{5}{8},\frac{1}{8},\frac{1}{8},\frac{1}{8}$,均非负且和为 1。恰一发生为 $P(A)+P(B)-2P(A\cap B)=\frac{3}{4}$;至少一发生为 $\frac{7}{8}$;都不发生为 $\frac{1}{8}$。交集为正,所以不互斥。乘积 $P(A)P(B)=\frac{3}{16}$ 不等于交集,故不独立。

题 11

已知 $P(A)=\frac{2}{5},P(B)=\frac{3}{10},P(A\cap B)=\frac{1}{10}$。求恰有一个发生、至少一个发生、都不发生的概率,并判断互斥与独立。

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把全集分成仅 A、交集、仅 B、都不发生四块,权重依次为 $\frac{3}{10},\frac{1}{10},\frac{1}{5},\frac{2}{5}$,均非负且和为 1。恰一发生为 $P(A)+P(B)-2P(A\cap B)=\frac{1}{2}$;至少一发生为 $\frac{3}{5}$;都不发生为 $\frac{2}{5}$。交集为正,所以不互斥。乘积 $P(A)P(B)=\frac{3}{25}$ 不等于交集,故不独立。

题 12

已知 $P(A)=\frac{4}{5},P(B)=\frac{1}{2},P(A\cap B)=\frac{2}{5}$。求恰有一个发生、至少一个发生、都不发生的概率,并判断互斥与独立。

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把全集分成仅 A、交集、仅 B、都不发生四块,权重依次为 $\frac{2}{5},\frac{2}{5},\frac{1}{10},\frac{1}{10}$,均非负且和为 1。恰一发生为 $P(A)+P(B)-2P(A\cap B)=\frac{1}{2}$;至少一发生为 $\frac{9}{10}$;都不发生为 $\frac{1}{10}$。交集为正,所以不互斥。乘积 $P(A)P(B)=\frac{2}{5}$ 等于交集,故独立。

C. 条件概率与缩小样本空间

讲题追问:比较“至少一红”与“第一球为红”:为何两种条件一般给出不同答案?

题 13

袋中 3 红 2 白,球可区分且任意二球集合等可能。不放回抽 2 球,已知至少有一红,求两球均红的条件概率。

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记 $A$ 为两红,$B$ 为至少一红。$A\subset B$ 且 $P(B)>0$。原样本点等可能,条件样本空间含 $\binom{5}2-\binom{2}2=9$ 个结果;其中 A 含 $\binom{3}2=3$ 个。因此 $P(A\mid B)=\frac{1}{3}$。无条件概率为 $\frac{3}{10}$,条件概率不小于它,符合已排除全白结果的事实。

题 14

袋中 4 红 3 白,球可区分且任意二球集合等可能。不放回抽 2 球,已知至少有一红,求两球均红的条件概率。

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记 $A$ 为两红,$B$ 为至少一红。$A\subset B$ 且 $P(B)>0$。原样本点等可能,条件样本空间含 $\binom{7}2-\binom{3}2=18$ 个结果;其中 A 含 $\binom{4}2=6$ 个。因此 $P(A\mid B)=\frac{1}{3}$。无条件概率为 $\frac{2}{7}$,条件概率不小于它,符合已排除全白结果的事实。

题 15

袋中 5 红 2 白,球可区分且任意二球集合等可能。不放回抽 2 球,已知至少有一红,求两球均红的条件概率。

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记 $A$ 为两红,$B$ 为至少一红。$A\subset B$ 且 $P(B)>0$。原样本点等可能,条件样本空间含 $\binom{7}2-\binom{2}2=20$ 个结果;其中 A 含 $\binom{5}2=10$ 个。因此 $P(A\mid B)=\frac{1}{2}$。无条件概率为 $\frac{10}{21}$,条件概率不小于它,符合已排除全白结果的事实。

题 16

袋中 5 红 4 白,球可区分且任意二球集合等可能。不放回抽 2 球,已知至少有一红,求两球均红的条件概率。

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记 $A$ 为两红,$B$ 为至少一红。$A\subset B$ 且 $P(B)>0$。原样本点等可能,条件样本空间含 $\binom{9}2-\binom{4}2=30$ 个结果;其中 A 含 $\binom{5}2=10$ 个。因此 $P(A\mid B)=\frac{1}{3}$。无条件概率为 $\frac{5}{18}$,条件概率不小于它,符合已排除全白结果的事实。

题 17

袋中 6 红 3 白,球可区分且任意二球集合等可能。不放回抽 2 球,已知至少有一红,求两球均红的条件概率。

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记 $A$ 为两红,$B$ 为至少一红。$A\subset B$ 且 $P(B)>0$。原样本点等可能,条件样本空间含 $\binom{9}2-\binom{3}2=33$ 个结果;其中 A 含 $\binom{6}2=15$ 个。因此 $P(A\mid B)=\frac{5}{11}$。无条件概率为 $\frac{5}{12}$,条件概率不小于它,符合已排除全白结果的事实。

题 18

袋中 7 红 4 白,球可区分且任意二球集合等可能。不放回抽 2 球,已知至少有一红,求两球均红的条件概率。

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记 $A$ 为两红,$B$ 为至少一红。$A\subset B$ 且 $P(B)>0$。原样本点等可能,条件样本空间含 $\binom{11}2-\binom{4}2=49$ 个结果;其中 A 含 $\binom{7}2=21$ 个。因此 $P(A\mid B)=\frac{3}{7}$。无条件概率为 $\frac{21}{55}$,条件概率不小于它,符合已排除全白结果的事实。

D. 全概率与贝叶斯追溯

讲题追问:画两层来源树,说明为什么不能只把两个次品率相加。

题 19

随机产品来自甲厂的概率为 $\frac{1}{2}$,其余来自乙厂。甲乙次品率为 $\frac{1}{10},\frac{1}{5}$。求抽到次品的概率,以及已知次品来自甲厂的概率。

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来源是互斥完备分类,甲次品路径权重为 $\frac{1}{20}$,乙次品路径权重为 $\frac{1}{10}$。全概率 $P(D)=\frac{1}{2}\cdot\frac{1}{10}+\frac{1}{2}\cdot\frac{1}{5}=\frac{3}{20}>0$。按条件概率 $P(甲\mid D)=P(甲\cap D)/P(D)=\frac{1}{3}$。两种来源的后验概率之和为 1;甲的次品率更低,观察次品后甲来源概率下降。

题 20

随机产品来自甲厂的概率为 $\frac{3}{5}$,其余来自乙厂。甲乙次品率为 $\frac{1}{10},\frac{1}{5}$。求抽到次品的概率,以及已知次品来自甲厂的概率。

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来源是互斥完备分类,甲次品路径权重为 $\frac{3}{50}$,乙次品路径权重为 $\frac{2}{25}$。全概率 $P(D)=\frac{3}{5}\cdot\frac{1}{10}+\frac{2}{5}\cdot\frac{1}{5}=\frac{7}{50}>0$。按条件概率 $P(甲\mid D)=P(甲\cap D)/P(D)=\frac{3}{7}$。两种来源的后验概率之和为 1;甲的次品率更低,观察次品后甲来源概率下降。

题 21

随机产品来自甲厂的概率为 $\frac{2}{3}$,其余来自乙厂。甲乙次品率为 $\frac{1}{4},\frac{1}{2}$。求抽到次品的概率,以及已知次品来自甲厂的概率。

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来源是互斥完备分类,甲次品路径权重为 $\frac{1}{6}$,乙次品路径权重为 $\frac{1}{6}$。全概率 $P(D)=\frac{2}{3}\cdot\frac{1}{4}+\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{2}=\frac{1}{3}>0$。按条件概率 $P(甲\mid D)=P(甲\cap D)/P(D)=\frac{1}{2}$。两种来源的后验概率之和为 1;甲的次品率更低,观察次品后甲来源概率下降。

题 22

随机产品来自甲厂的概率为 $\frac{3}{4}$,其余来自乙厂。甲乙次品率为 $\frac{1}{5},\frac{2}{5}$。求抽到次品的概率,以及已知次品来自甲厂的概率。

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来源是互斥完备分类,甲次品路径权重为 $\frac{3}{20}$,乙次品路径权重为 $\frac{1}{10}$。全概率 $P(D)=\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{5}+\frac{1}{4}\cdot\frac{2}{5}=\frac{1}{4}>0$。按条件概率 $P(甲\mid D)=P(甲\cap D)/P(D)=\frac{3}{5}$。两种来源的后验概率之和为 1;甲的次品率更低,观察次品后甲来源概率下降。

题 23

随机产品来自甲厂的概率为 $\frac{2}{5}$,其余来自乙厂。甲乙次品率为 $\frac{1}{8},\frac{1}{4}$。求抽到次品的概率,以及已知次品来自甲厂的概率。

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来源是互斥完备分类,甲次品路径权重为 $\frac{1}{20}$,乙次品路径权重为 $\frac{3}{20}$。全概率 $P(D)=\frac{2}{5}\cdot\frac{1}{8}+\frac{3}{5}\cdot\frac{1}{4}=\frac{1}{5}>0$。按条件概率 $P(甲\mid D)=P(甲\cap D)/P(D)=\frac{1}{4}$。两种来源的后验概率之和为 1;甲的次品率更低,观察次品后甲来源概率下降。

题 24

随机产品来自甲厂的概率为 $\frac{4}{5}$,其余来自乙厂。甲乙次品率为 $\frac{1}{20},\frac{1}{10}$。求抽到次品的概率,以及已知次品来自甲厂的概率。

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来源是互斥完备分类,甲次品路径权重为 $\frac{1}{25}$,乙次品路径权重为 $\frac{1}{50}$。全概率 $P(D)=\frac{4}{5}\cdot\frac{1}{20}+\frac{1}{5}\cdot\frac{1}{10}=\frac{3}{50}>0$。按条件概率 $P(甲\mid D)=P(甲\cap D)/P(D)=\frac{2}{3}$。两种来源的后验概率之和为 1;甲的次品率更低,观察次品后甲来源概率下降。

E. 分布列与线性变换

讲题追问:为什么方差变为四倍,而不是两倍再减去常数?

题 25

$X$ 的不同取值为 $0,1,3$,概率依次为 $1/4,1/2,c$。求 $c,E(X),D(X)$,再求 $Y=2X-1$ 的期望与方差。

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概率归一给出 $c=1-1/4-1/2=1/4$,各项非负。$E(X)=0/4+1/2+3/4=\frac{5}{4}$;$E(X^2)=1/2+9/4=\frac{11}{4}$,所以 $D(X)=\frac{11}{4}-(\frac{5}{4})^2=\frac{19}{16}$。由线性变换 $E(Y)=2E(X)-1=\frac{3}{2}$,$D(Y)=4D(X)=\frac{19}{4}$。期望落在最小与最大取值之间,方差非负。

题 26

$X$ 的不同取值为 $0,2,6$,概率依次为 $1/4,1/2,c$。求 $c,E(X),D(X)$,再求 $Y=2X-2$ 的期望与方差。

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概率归一给出 $c=1-1/4-1/2=1/4$,各项非负。$E(X)=0/4+2/2+6/4=\frac{5}{2}$;$E(X^2)=4/2+36/4=11$,所以 $D(X)=11-(\frac{5}{2})^2=\frac{19}{4}$。由线性变换 $E(Y)=2E(X)-2=3$,$D(Y)=4D(X)=19$。期望落在最小与最大取值之间,方差非负。

题 27

$X$ 的不同取值为 $0,3,9$,概率依次为 $1/4,1/2,c$。求 $c,E(X),D(X)$,再求 $Y=2X-3$ 的期望与方差。

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概率归一给出 $c=1-1/4-1/2=1/4$,各项非负。$E(X)=0/4+3/2+9/4=\frac{15}{4}$;$E(X^2)=9/2+81/4=\frac{99}{4}$,所以 $D(X)=\frac{99}{4}-(\frac{15}{4})^2=\frac{171}{16}$。由线性变换 $E(Y)=2E(X)-3=\frac{9}{2}$,$D(Y)=4D(X)=\frac{171}{4}$。期望落在最小与最大取值之间,方差非负。

题 28

$X$ 的不同取值为 $0,4,12$,概率依次为 $1/4,1/2,c$。求 $c,E(X),D(X)$,再求 $Y=2X-4$ 的期望与方差。

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概率归一给出 $c=1-1/4-1/2=1/4$,各项非负。$E(X)=0/4+4/2+12/4=5$;$E(X^2)=16/2+144/4=44$,所以 $D(X)=44-(5)^2=19$。由线性变换 $E(Y)=2E(X)-4=6$,$D(Y)=4D(X)=76$。期望落在最小与最大取值之间,方差非负。

题 29

$X$ 的不同取值为 $0,5,15$,概率依次为 $1/4,1/2,c$。求 $c,E(X),D(X)$,再求 $Y=2X-5$ 的期望与方差。

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概率归一给出 $c=1-1/4-1/2=1/4$,各项非负。$E(X)=0/4+5/2+15/4=\frac{25}{4}$;$E(X^2)=25/2+225/4=\frac{275}{4}$,所以 $D(X)=\frac{275}{4}-(\frac{25}{4})^2=\frac{475}{16}$。由线性变换 $E(Y)=2E(X)-5=\frac{15}{2}$,$D(Y)=4D(X)=\frac{475}{4}$。期望落在最小与最大取值之间,方差非负。

题 30

$X$ 的不同取值为 $0,6,18$,概率依次为 $1/4,1/2,c$。求 $c,E(X),D(X)$,再求 $Y=2X-6$ 的期望与方差。

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概率归一给出 $c=1-1/4-1/2=1/4$,各项非负。$E(X)=0/4+6/2+18/4=\frac{15}{2}$;$E(X^2)=36/2+324/4=99$,所以 $D(X)=99-(\frac{15}{2})^2=\frac{171}{4}$。由线性变换 $E(Y)=2E(X)-6=9$,$D(Y)=4D(X)=171$。期望落在最小与最大取值之间,方差非负。

F. 二项分布与至少一次

讲题追问:从成功位置的选择解释组合系数,逐条核对二项分布条件。

题 31

进行 3 次相互独立的试验,每次成功概率 $\frac{1}{2}$。令 X 为成功次数,求恰好 1 次成功、至少一次成功的概率,以及期望和方差。

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次数固定、成功率恒定且相互独立,所以 $X\sim B(3,\frac{1}{2})$。指定 1 个成功位置的概率为 $(\frac{1}{2})^1(\frac{1}{2})^2$,共有 $\binom{3}{1}$ 个互斥位置集合。因此 $P(X=1)=\frac{3}{8}$。至少一次的对立是全部失败,概率为 $1-(\frac{1}{2})^3=\frac{7}{8}$。$E(X)=\frac{3}{2},D(X)=\frac{3}{4}$。分布列的一般项对 k=0 到 n 求和为 1,来自二项式定理。

题 32

进行 4 次相互独立的试验,每次成功概率 $\frac{1}{3}$。令 X 为成功次数,求恰好 2 次成功、至少一次成功的概率,以及期望和方差。

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次数固定、成功率恒定且相互独立,所以 $X\sim B(4,\frac{1}{3})$。指定 2 个成功位置的概率为 $(\frac{1}{3})^2(\frac{2}{3})^2$,共有 $\binom{4}{2}$ 个互斥位置集合。因此 $P(X=2)=\frac{8}{27}$。至少一次的对立是全部失败,概率为 $1-(\frac{2}{3})^4=\frac{65}{81}$。$E(X)=\frac{4}{3},D(X)=\frac{8}{9}$。分布列的一般项对 k=0 到 n 求和为 1,来自二项式定理。

题 33

进行 5 次相互独立的试验,每次成功概率 $\frac{2}{5}$。令 X 为成功次数,求恰好 2 次成功、至少一次成功的概率,以及期望和方差。

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次数固定、成功率恒定且相互独立,所以 $X\sim B(5,\frac{2}{5})$。指定 2 个成功位置的概率为 $(\frac{2}{5})^2(\frac{3}{5})^3$,共有 $\binom{5}{2}$ 个互斥位置集合。因此 $P(X=2)=\frac{216}{625}$。至少一次的对立是全部失败,概率为 $1-(\frac{3}{5})^5=\frac{2882}{3125}$。$E(X)=2,D(X)=\frac{6}{5}$。分布列的一般项对 k=0 到 n 求和为 1,来自二项式定理。

题 34

进行 6 次相互独立的试验,每次成功概率 $\frac{1}{4}$。令 X 为成功次数,求恰好 3 次成功、至少一次成功的概率,以及期望和方差。

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次数固定、成功率恒定且相互独立,所以 $X\sim B(6,\frac{1}{4})$。指定 3 个成功位置的概率为 $(\frac{1}{4})^3(\frac{3}{4})^3$,共有 $\binom{6}{3}$ 个互斥位置集合。因此 $P(X=3)=\frac{135}{1024}$。至少一次的对立是全部失败,概率为 $1-(\frac{3}{4})^6=\frac{3367}{4096}$。$E(X)=\frac{3}{2},D(X)=\frac{9}{8}$。分布列的一般项对 k=0 到 n 求和为 1,来自二项式定理。

题 35

进行 7 次相互独立的试验,每次成功概率 $\frac{3}{5}$。令 X 为成功次数,求恰好 4 次成功、至少一次成功的概率,以及期望和方差。

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次数固定、成功率恒定且相互独立,所以 $X\sim B(7,\frac{3}{5})$。指定 4 个成功位置的概率为 $(\frac{3}{5})^4(\frac{2}{5})^3$,共有 $\binom{7}{4}$ 个互斥位置集合。因此 $P(X=4)=\frac{4536}{15625}$。至少一次的对立是全部失败,概率为 $1-(\frac{2}{5})^7=\frac{77997}{78125}$。$E(X)=\frac{21}{5},D(X)=\frac{42}{25}$。分布列的一般项对 k=0 到 n 求和为 1,来自二项式定理。

题 36

进行 8 次相互独立的试验,每次成功概率 $\frac{2}{3}$。令 X 为成功次数,求恰好 5 次成功、至少一次成功的概率,以及期望和方差。

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次数固定、成功率恒定且相互独立,所以 $X\sim B(8,\frac{2}{3})$。指定 5 个成功位置的概率为 $(\frac{2}{3})^5(\frac{1}{3})^3$,共有 $\binom{8}{5}$ 个互斥位置集合。因此 $P(X=5)=\frac{1792}{6561}$。至少一次的对立是全部失败,概率为 $1-(\frac{1}{3})^8=\frac{6560}{6561}$。$E(X)=\frac{16}{3},D(X)=\frac{16}{9}$。分布列的一般项对 k=0 到 n 求和为 1,来自二项式定理。

G. 超几何分布与支持集

讲题追问:解释上下界分别来自哪一种球或产品数量限制。

题 37

6 个产品中恰有 2 个次品,所有 3 件子集等可能被抽中。令 X 为抽中的次品数,求完整分布列、期望和方差。

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不放回、总体次品数固定,使用超几何模型。可取值从 $\max(0,3-4)=0$ 到 $\min(3,2)=2$。恰 k 件次品需选 k 件次品和 3-k 件正品,所以 $P(X=k)=\binom{2}k\binom{4}{3-k}/\binom{6}{3}$。逐项为:$P(X=0)=\frac{1}{5}$,$P(X=1)=\frac{3}{5}$,$P(X=2)=\frac{1}{5}$。概率和为 1。$E(X)=3\cdot2/6=1$;$D(X)=\frac{2}{5}$。各次抽取不独立,不能用二项方差替代。

题 38

7 个产品中恰有 3 个次品,所有 3 件子集等可能被抽中。令 X 为抽中的次品数,求完整分布列、期望和方差。

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不放回、总体次品数固定,使用超几何模型。可取值从 $\max(0,3-4)=0$ 到 $\min(3,3)=3$。恰 k 件次品需选 k 件次品和 3-k 件正品,所以 $P(X=k)=\binom{3}k\binom{4}{3-k}/\binom{7}{3}$。逐项为:$P(X=0)=\frac{4}{35}$,$P(X=1)=\frac{18}{35}$,$P(X=2)=\frac{12}{35}$,$P(X=3)=\frac{1}{35}$。概率和为 1。$E(X)=3\cdot3/7=\frac{9}{7}$;$D(X)=\frac{24}{49}$。各次抽取不独立,不能用二项方差替代。

题 39

8 个产品中恰有 3 个次品,所有 4 件子集等可能被抽中。令 X 为抽中的次品数,求完整分布列、期望和方差。

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不放回、总体次品数固定,使用超几何模型。可取值从 $\max(0,4-5)=0$ 到 $\min(4,3)=3$。恰 k 件次品需选 k 件次品和 4-k 件正品,所以 $P(X=k)=\binom{3}k\binom{5}{4-k}/\binom{8}{4}$。逐项为:$P(X=0)=\frac{1}{14}$,$P(X=1)=\frac{3}{7}$,$P(X=2)=\frac{3}{7}$,$P(X=3)=\frac{1}{14}$。概率和为 1。$E(X)=4\cdot3/8=\frac{3}{2}$;$D(X)=\frac{15}{28}$。各次抽取不独立,不能用二项方差替代。

题 40

9 个产品中恰有 4 个次品,所有 3 件子集等可能被抽中。令 X 为抽中的次品数,求完整分布列、期望和方差。

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不放回、总体次品数固定,使用超几何模型。可取值从 $\max(0,3-5)=0$ 到 $\min(3,4)=3$。恰 k 件次品需选 k 件次品和 3-k 件正品,所以 $P(X=k)=\binom{4}k\binom{5}{3-k}/\binom{9}{3}$。逐项为:$P(X=0)=\frac{5}{42}$,$P(X=1)=\frac{10}{21}$,$P(X=2)=\frac{5}{14}$,$P(X=3)=\frac{1}{21}$。概率和为 1。$E(X)=3\cdot4/9=\frac{4}{3}$;$D(X)=\frac{5}{9}$。各次抽取不独立,不能用二项方差替代。

题 41

10 个产品中恰有 4 个次品,所有 4 件子集等可能被抽中。令 X 为抽中的次品数,求完整分布列、期望和方差。

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不放回、总体次品数固定,使用超几何模型。可取值从 $\max(0,4-6)=0$ 到 $\min(4,4)=4$。恰 k 件次品需选 k 件次品和 4-k 件正品,所以 $P(X=k)=\binom{4}k\binom{6}{4-k}/\binom{10}{4}$。逐项为:$P(X=0)=\frac{1}{14}$,$P(X=1)=\frac{8}{21}$,$P(X=2)=\frac{3}{7}$,$P(X=3)=\frac{4}{35}$,$P(X=4)=\frac{1}{210}$。概率和为 1。$E(X)=4\cdot4/10=\frac{8}{5}$;$D(X)=\frac{16}{25}$。各次抽取不独立,不能用二项方差替代。

题 42

11 个产品中恰有 5 个次品,所有 4 件子集等可能被抽中。令 X 为抽中的次品数,求完整分布列、期望和方差。

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不放回、总体次品数固定,使用超几何模型。可取值从 $\max(0,4-6)=0$ 到 $\min(4,5)=4$。恰 k 件次品需选 k 件次品和 4-k 件正品,所以 $P(X=k)=\binom{5}k\binom{6}{4-k}/\binom{11}{4}$。逐项为:$P(X=0)=\frac{1}{22}$,$P(X=1)=\frac{10}{33}$,$P(X=2)=\frac{5}{11}$,$P(X=3)=\frac{2}{11}$,$P(X=4)=\frac{1}{66}$。概率和为 1。$E(X)=4\cdot5/11=\frac{20}{11}$;$D(X)=\frac{84}{121}$。各次抽取不独立,不能用二项方差替代。

H. 奖金合并与期望决策

讲题追问:为什么同面值球仍需编号?为什么固定方案并非所有目标下都最优?

题 43

袋中装有 4 个可区分的奖励球,面值为 10、10、30、30 元。所有两球集合等可能被选中,奖金 Y 为面值之和。求分布列、期望、方差;再与固定发放同一期望奖金的方案比较。

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共有 $\binom42=6$ 个集合。奖金取 $20,40,60$,对应集合数为 1、4、1,概率为 $1/6,2/3,1/6$,和为 1。期望为 $40$;围绕此中心的偏差为 $-20,0,20$,所以方差为 $2\times(20)^2/6=\frac{400}{3}$。固定奖金 40 元的方差为零。如果目标是同一期望下稳定发放,固定方案更稳;若目标另含抽奖吸引力,还需额外评价标准。

题 44

袋中装有 4 个可区分的奖励球,面值为 20、20、60、60 元。所有两球集合等可能被选中,奖金 Y 为面值之和。求分布列、期望、方差;再与固定发放同一期望奖金的方案比较。

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共有 $\binom42=6$ 个集合。奖金取 $40,80,120$,对应集合数为 1、4、1,概率为 $1/6,2/3,1/6$,和为 1。期望为 $80$;围绕此中心的偏差为 $-40,0,40$,所以方差为 $2\times(40)^2/6=\frac{1600}{3}$。固定奖金 80 元的方差为零。如果目标是同一期望下稳定发放,固定方案更稳;若目标另含抽奖吸引力,还需额外评价标准。

题 45

袋中装有 4 个可区分的奖励球,面值为 30、30、50、50 元。所有两球集合等可能被选中,奖金 Y 为面值之和。求分布列、期望、方差;再与固定发放同一期望奖金的方案比较。

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共有 $\binom42=6$ 个集合。奖金取 $60,80,100$,对应集合数为 1、4、1,概率为 $1/6,2/3,1/6$,和为 1。期望为 $80$;围绕此中心的偏差为 $-20,0,20$,所以方差为 $2\times(20)^2/6=\frac{400}{3}$。固定奖金 80 元的方差为零。如果目标是同一期望下稳定发放,固定方案更稳;若目标另含抽奖吸引力,还需额外评价标准。

题 46

袋中装有 4 个可区分的奖励球,面值为 15、15、45、45 元。所有两球集合等可能被选中,奖金 Y 为面值之和。求分布列、期望、方差;再与固定发放同一期望奖金的方案比较。

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共有 $\binom42=6$ 个集合。奖金取 $30,60,90$,对应集合数为 1、4、1,概率为 $1/6,2/3,1/6$,和为 1。期望为 $60$;围绕此中心的偏差为 $-30,0,30$,所以方差为 $2\times(30)^2/6=300$。固定奖金 60 元的方差为零。如果目标是同一期望下稳定发放,固定方案更稳;若目标另含抽奖吸引力,还需额外评价标准。

题 47

袋中装有 4 个可区分的奖励球,面值为 25、25、75、75 元。所有两球集合等可能被选中,奖金 Y 为面值之和。求分布列、期望、方差;再与固定发放同一期望奖金的方案比较。

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共有 $\binom42=6$ 个集合。奖金取 $50,100,150$,对应集合数为 1、4、1,概率为 $1/6,2/3,1/6$,和为 1。期望为 $100$;围绕此中心的偏差为 $-50,0,50$,所以方差为 $2\times(50)^2/6=\frac{2500}{3}$。固定奖金 100 元的方差为零。如果目标是同一期望下稳定发放,固定方案更稳;若目标另含抽奖吸引力,还需额外评价标准。

题 48

袋中装有 4 个可区分的奖励球,面值为 40、40、80、80 元。所有两球集合等可能被选中,奖金 Y 为面值之和。求分布列、期望、方差;再与固定发放同一期望奖金的方案比较。

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共有 $\binom42=6$ 个集合。奖金取 $80,120,160$,对应集合数为 1、4、1,概率为 $1/6,2/3,1/6$,和为 1。期望为 $120$;围绕此中心的偏差为 $-40,0,40$,所以方差为 $2\times(40)^2/6=\frac{1600}{3}$。固定奖金 120 元的方差为零。如果目标是同一期望下稳定发放,固定方案更稳;若目标另含抽奖吸引力,还需额外评价标准。

I. 正态对称性与标准化

讲题追问:第二参数为什么要开方?估计人数和实际人数有什么区别?

题 49

$X\sim N(60,4)$。已知标准正态中心 1、2、3 个标准差内概率近似为 0.6827、0.9545、0.9973。求 $P(58<X<62)$,并估计 10000 个同分布对象中落入该区间的数量。

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第二参数是方差,所以标准差为 2。标准化 $Z=(X-60)/2$,目标变为 Z 在端点 -1 与 1 之间。一个标准差中心区间,直接用所给面积。 概率约为 0.6827,数量期望约为 $0.6827\times10000=6827$;若按人数报告可四舍五入。此数量是估计值,不是保证结果,期望人数的计算不需要各对象独立。

题 50

$X\sim N(65,9)$。已知标准正态中心 1、2、3 个标准差内概率近似为 0.6827、0.9545、0.9973。求 $P(65<X<68)$,并估计 10000 个同分布对象中落入该区间的数量。

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第二参数是方差,所以标准差为 3。标准化 $Z=(X-65)/3$,目标变为 Z 在端点 0 与 1 之间。由对称性,把中心一个标准差面积除以 2。 概率约为 0.34135,数量期望约为 $0.34135\times10000=3413.5$;若按人数报告可四舍五入。此数量是估计值,不是保证结果,期望人数的计算不需要各对象独立。

题 51

$X\sim N(70,16)$。已知标准正态中心 1、2、3 个标准差内概率近似为 0.6827、0.9545、0.9973。求 $P(74<X<78)$,并估计 10000 个同分布对象中落入该区间的数量。

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第二参数是方差,所以标准差为 4。标准化 $Z=(X-70)/4$,目标变为 Z 在端点 1 与 2 之间。两个与一个标准差中心区间的面积之差,再除以 2。 概率约为 0.1359,数量期望约为 $0.1359\times10000=1359$;若按人数报告可四舍五入。此数量是估计值,不是保证结果,期望人数的计算不需要各对象独立。

题 52

$X\sim N(75,25)$。已知标准正态中心 1、2、3 个标准差内概率近似为 0.6827、0.9545、0.9973。求 $P(85<X<90)$,并估计 10000 个同分布对象中落入该区间的数量。

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第二参数是方差,所以标准差为 5。标准化 $Z=(X-75)/5$,目标变为 Z 在端点 2 与 3 之间。三个与两个标准差中心区间的面积之差,再除以 2。 概率约为 0.0214,数量期望约为 $0.0214\times10000=214$;若按人数报告可四舍五入。此数量是估计值,不是保证结果,期望人数的计算不需要各对象独立。

题 53

$X\sim N(80,36)$。已知标准正态中心 1、2、3 个标准差内概率近似为 0.6827、0.9545、0.9973。求 $P(92<X<+\infty)$,并估计 10000 个同分布对象中落入该区间的数量。

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第二参数是方差,所以标准差为 6。标准化 $Z=(X-80)/6$,目标变为 Z 在端点 2 与 +∞ 之间。两个标准差中心区间的补集面积,再除以 2。 概率约为 0.02275,数量期望约为 $0.02275\times10000=227.5$;若按人数报告可四舍五入。此数量是估计值,不是保证结果,期望人数的计算不需要各对象独立。

题 54

$X\sim N(85,49)$。已知标准正态中心 1、2、3 个标准差内概率近似为 0.6827、0.9545、0.9973。求 $P(-\infty<X<64)$,并估计 10000 个同分布对象中落入该区间的数量。

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第二参数是方差,所以标准差为 7。标准化 $Z=(X-85)/7$,目标变为 Z 在端点 -∞ 与 -3 之间。三个标准差中心区间的补集面积,再除以 2。 概率约为 0.00135,数量期望约为 $0.00135\times10000=13.5$;若按人数报告可四舍五入。此数量是估计值,不是保证结果,期望人数的计算不需要各对象独立。

J. 有上限的停止试验

讲题追问:写出最后一次成功与失败两条路径,解释合并后为何少乘一次 p。

题 55

每次试验相互独立,成功概率 $\frac{1}{2}$;遇成功即停,最多做 3 次。T 为实际次数。求分布列、期望,以及最后一次因成功而停止的概率。

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对 $k<3$,T=k 要求前 k-1 次失败并在第 k 次成功;T=3 只要求前 2 次失败。分布列为 $P(T=1)=\frac{1}{2}$,$P(T=2)=\frac{1}{4}$,$P(T=3)=\frac{1}{4}$,和为 1。尾和公式给 $E(T)=\sum_{k=1}^{3}(\frac{1}{2})^{k-1}=\frac{7}{4}$。第 3 次因成功停止的无条件概率为 $(\frac{1}{2})^{2}\cdot\frac{1}{2}=\frac{1}{8}$,它比 $P(T=3)$ 小,因为后者还含最后失败。

题 56

每次试验相互独立,成功概率 $\frac{1}{3}$;遇成功即停,最多做 4 次。T 为实际次数。求分布列、期望,以及最后一次因成功而停止的概率。

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对 $k<4$,T=k 要求前 k-1 次失败并在第 k 次成功;T=4 只要求前 3 次失败。分布列为 $P(T=1)=\frac{1}{3}$,$P(T=2)=\frac{2}{9}$,$P(T=3)=\frac{4}{27}$,$P(T=4)=\frac{8}{27}$,和为 1。尾和公式给 $E(T)=\sum_{k=1}^{4}(\frac{2}{3})^{k-1}=\frac{65}{27}$。第 4 次因成功停止的无条件概率为 $(\frac{2}{3})^{3}\cdot\frac{1}{3}=\frac{8}{81}$,它比 $P(T=4)$ 小,因为后者还含最后失败。

题 57

每次试验相互独立,成功概率 $\frac{2}{5}$;遇成功即停,最多做 5 次。T 为实际次数。求分布列、期望,以及最后一次因成功而停止的概率。

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对 $k<5$,T=k 要求前 k-1 次失败并在第 k 次成功;T=5 只要求前 4 次失败。分布列为 $P(T=1)=\frac{2}{5}$,$P(T=2)=\frac{6}{25}$,$P(T=3)=\frac{18}{125}$,$P(T=4)=\frac{54}{625}$,$P(T=5)=\frac{81}{625}$,和为 1。尾和公式给 $E(T)=\sum_{k=1}^{5}(\frac{3}{5})^{k-1}=\frac{1441}{625}$。第 5 次因成功停止的无条件概率为 $(\frac{3}{5})^{4}\cdot\frac{2}{5}=\frac{162}{3125}$,它比 $P(T=5)$ 小,因为后者还含最后失败。

题 58

每次试验相互独立,成功概率 $\frac{1}{4}$;遇成功即停,最多做 3 次。T 为实际次数。求分布列、期望,以及最后一次因成功而停止的概率。

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对 $k<3$,T=k 要求前 k-1 次失败并在第 k 次成功;T=3 只要求前 2 次失败。分布列为 $P(T=1)=\frac{1}{4}$,$P(T=2)=\frac{3}{16}$,$P(T=3)=\frac{9}{16}$,和为 1。尾和公式给 $E(T)=\sum_{k=1}^{3}(\frac{3}{4})^{k-1}=\frac{37}{16}$。第 3 次因成功停止的无条件概率为 $(\frac{3}{4})^{2}\cdot\frac{1}{4}=\frac{9}{64}$,它比 $P(T=3)$ 小,因为后者还含最后失败。

题 59

每次试验相互独立,成功概率 $\frac{3}{5}$;遇成功即停,最多做 4 次。T 为实际次数。求分布列、期望,以及最后一次因成功而停止的概率。

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对 $k<4$,T=k 要求前 k-1 次失败并在第 k 次成功;T=4 只要求前 3 次失败。分布列为 $P(T=1)=\frac{3}{5}$,$P(T=2)=\frac{6}{25}$,$P(T=3)=\frac{12}{125}$,$P(T=4)=\frac{8}{125}$,和为 1。尾和公式给 $E(T)=\sum_{k=1}^{4}(\frac{2}{5})^{k-1}=\frac{203}{125}$。第 4 次因成功停止的无条件概率为 $(\frac{2}{5})^{3}\cdot\frac{3}{5}=\frac{24}{625}$,它比 $P(T=4)$ 小,因为后者还含最后失败。

题 60

每次试验相互独立,成功概率 $\frac{1}{2}$;遇成功即停,最多做 6 次。T 为实际次数。求分布列、期望,以及最后一次因成功而停止的概率。

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对 $k<6$,T=k 要求前 k-1 次失败并在第 k 次成功;T=6 只要求前 5 次失败。分布列为 $P(T=1)=\frac{1}{2}$,$P(T=2)=\frac{1}{4}$,$P(T=3)=\frac{1}{8}$,$P(T=4)=\frac{1}{16}$,$P(T=5)=\frac{1}{32}$,$P(T=6)=\frac{1}{32}$,和为 1。尾和公式给 $E(T)=\sum_{k=1}^{6}(\frac{1}{2})^{k-1}=\frac{63}{32}$。第 6 次因成功停止的无条件概率为 $(\frac{1}{2})^{5}\cdot\frac{1}{2}=\frac{1}{64}$,它比 $P(T=6)$ 小,因为后者还含最后失败。

K. 状态递推与数列衔接

讲题追问:说明按当前状态分类的依据;为什么不能把“在 A”当成每步独立事件?

题 61

过程有 A、B 两个状态,每步转移只由当前状态决定。从 A 下一步留 A 的概率 $\frac{1}{2}$,从 B 下一步到 A 的概率 $\frac{1}{4}$,初始在 A。令 $p_n$ 为 n 步后在 A 的概率,求递推、通项和 $p_2$。

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按当前状态分成互斥完备的 A、B 两类,全概率给 $p_{n+1}=\frac{1}{2}p_n+\frac{1}{4}(1-p_n)=\frac{1}{4}+(\frac{1}{4})p_n$,$p_0=1$。解固定值 $L=\frac{1}{4}+(\frac{1}{4})L$ 得 $L=\frac{1}{3}$,分母 $1-(\frac{1}{4})>0$。于是 $p_{n+1}-L=(\frac{1}{4})(p_n-L)$,故 $p_n=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}(\frac{1}{4})^n$,$p_2=\frac{3}{8}$。初值和递推均满足;$|\frac{1}{4}|<1$,所以 $p_n$ 趋近固定值。

题 62

过程有 A、B 两个状态,每步转移只由当前状态决定。从 A 下一步留 A 的概率 $\frac{1}{3}$,从 B 下一步到 A 的概率 $\frac{2}{3}$,初始在 A。令 $p_n$ 为 n 步后在 A 的概率,求递推、通项和 $p_2$。

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按当前状态分成互斥完备的 A、B 两类,全概率给 $p_{n+1}=\frac{1}{3}p_n+\frac{2}{3}(1-p_n)=\frac{2}{3}+(\frac{-1}{3})p_n$,$p_0=1$。解固定值 $L=\frac{2}{3}+(\frac{-1}{3})L$ 得 $L=\frac{1}{2}$,分母 $1-(\frac{-1}{3})>0$。于是 $p_{n+1}-L=(\frac{-1}{3})(p_n-L)$,故 $p_n=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}(\frac{-1}{3})^n$,$p_2=\frac{5}{9}$。初值和递推均满足;$|\frac{-1}{3}|<1$,所以 $p_n$ 趋近固定值。

题 63

过程有 A、B 两个状态,每步转移只由当前状态决定。从 A 下一步留 A 的概率 $\frac{3}{4}$,从 B 下一步到 A 的概率 $\frac{1}{4}$,初始在 A。令 $p_n$ 为 n 步后在 A 的概率,求递推、通项和 $p_2$。

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按当前状态分成互斥完备的 A、B 两类,全概率给 $p_{n+1}=\frac{3}{4}p_n+\frac{1}{4}(1-p_n)=\frac{1}{4}+(\frac{1}{2})p_n$,$p_0=1$。解固定值 $L=\frac{1}{4}+(\frac{1}{2})L$ 得 $L=\frac{1}{2}$,分母 $1-(\frac{1}{2})>0$。于是 $p_{n+1}-L=(\frac{1}{2})(p_n-L)$,故 $p_n=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}(\frac{1}{2})^n$,$p_2=\frac{5}{8}$。初值和递推均满足;$|\frac{1}{2}|<1$,所以 $p_n$ 趋近固定值。

题 64

过程有 A、B 两个状态,每步转移只由当前状态决定。从 A 下一步留 A 的概率 $\frac{1}{5}$,从 B 下一步到 A 的概率 $\frac{2}{5}$,初始在 A。令 $p_n$ 为 n 步后在 A 的概率,求递推、通项和 $p_2$。

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按当前状态分成互斥完备的 A、B 两类,全概率给 $p_{n+1}=\frac{1}{5}p_n+\frac{2}{5}(1-p_n)=\frac{2}{5}+(\frac{-1}{5})p_n$,$p_0=1$。解固定值 $L=\frac{2}{5}+(\frac{-1}{5})L$ 得 $L=\frac{1}{3}$,分母 $1-(\frac{-1}{5})>0$。于是 $p_{n+1}-L=(\frac{-1}{5})(p_n-L)$,故 $p_n=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}(\frac{-1}{5})^n$,$p_2=\frac{9}{25}$。初值和递推均满足;$|\frac{-1}{5}|<1$,所以 $p_n$ 趋近固定值。

题 65

过程有 A、B 两个状态,每步转移只由当前状态决定。从 A 下一步留 A 的概率 $\frac{2}{3}$,从 B 下一步到 A 的概率 $\frac{1}{6}$,初始在 A。令 $p_n$ 为 n 步后在 A 的概率,求递推、通项和 $p_2$。

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按当前状态分成互斥完备的 A、B 两类,全概率给 $p_{n+1}=\frac{2}{3}p_n+\frac{1}{6}(1-p_n)=\frac{1}{6}+(\frac{1}{2})p_n$,$p_0=1$。解固定值 $L=\frac{1}{6}+(\frac{1}{2})L$ 得 $L=\frac{1}{3}$,分母 $1-(\frac{1}{2})>0$。于是 $p_{n+1}-L=(\frac{1}{2})(p_n-L)$,故 $p_n=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}(\frac{1}{2})^n$,$p_2=\frac{1}{2}$。初值和递推均满足;$|\frac{1}{2}|<1$,所以 $p_n$ 趋近固定值。

题 66

过程有 A、B 两个状态,每步转移只由当前状态决定。从 A 下一步留 A 的概率 $\frac{1}{4}$,从 B 下一步到 A 的概率 $\frac{1}{2}$,初始在 A。令 $p_n$ 为 n 步后在 A 的概率,求递推、通项和 $p_2$。

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按当前状态分成互斥完备的 A、B 两类,全概率给 $p_{n+1}=\frac{1}{4}p_n+\frac{1}{2}(1-p_n)=\frac{1}{2}+(\frac{-1}{4})p_n$,$p_0=1$。解固定值 $L=\frac{1}{2}+(\frac{-1}{4})L$ 得 $L=\frac{2}{5}$,分母 $1-(\frac{-1}{4})>0$。于是 $p_{n+1}-L=(\frac{-1}{4})(p_n-L)$,故 $p_n=\frac{2}{5}+\frac{3}{5}(\frac{-1}{4})^n$,$p_2=\frac{7}{16}$。初值和递推均满足;$|\frac{-1}{4}|<1$,所以 $p_n$ 趋近固定值。

L. 概率函数的参数最优化

讲题追问:解释对数为什么合法;把目标改成至少 k 次后原结论是否还成立?

题 67

固定 3 次独立同概率试验,每次成功率 p 可取 [0,1]。求恰好 1 次成功的概率何时最大,并求最大值。说明为何“成功率越大越好”在此题不成立。

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$h(p)=\binom{3}{1}p^{1}(1-p)^{2}$,端点值均为零。在 $(0,1)$ 内 h>0,可用对数:$(\ln h)\prime=1/p-2/(1-p)=(1-3p)/(p(1-p))$。分母正,导数在 $p=\frac{1}{3}$ 左正右负,故唯一最大点为 $\frac{1}{3}$,最大值 $\frac{4}{9}$。目标是恰好 1 次,成功过多也不满足;当 p=1 时成功 3 次,目标概率为零。

题 68

固定 4 次独立同概率试验,每次成功率 p 可取 [0,1]。求恰好 2 次成功的概率何时最大,并求最大值。说明为何“成功率越大越好”在此题不成立。

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$h(p)=\binom{4}{2}p^{2}(1-p)^{2}$,端点值均为零。在 $(0,1)$ 内 h>0,可用对数:$(\ln h)\prime=2/p-2/(1-p)=(2-4p)/(p(1-p))$。分母正,导数在 $p=\frac{1}{2}$ 左正右负,故唯一最大点为 $\frac{1}{2}$,最大值 $\frac{3}{8}$。目标是恰好 2 次,成功过多也不满足;当 p=1 时成功 4 次,目标概率为零。

题 69

固定 5 次独立同概率试验,每次成功率 p 可取 [0,1]。求恰好 2 次成功的概率何时最大,并求最大值。说明为何“成功率越大越好”在此题不成立。

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$h(p)=\binom{5}{2}p^{2}(1-p)^{3}$,端点值均为零。在 $(0,1)$ 内 h>0,可用对数:$(\ln h)\prime=2/p-3/(1-p)=(2-5p)/(p(1-p))$。分母正,导数在 $p=\frac{2}{5}$ 左正右负,故唯一最大点为 $\frac{2}{5}$,最大值 $\frac{216}{625}$。目标是恰好 2 次,成功过多也不满足;当 p=1 时成功 5 次,目标概率为零。

题 70

固定 6 次独立同概率试验,每次成功率 p 可取 [0,1]。求恰好 4 次成功的概率何时最大,并求最大值。说明为何“成功率越大越好”在此题不成立。

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$h(p)=\binom{6}{4}p^{4}(1-p)^{2}$,端点值均为零。在 $(0,1)$ 内 h>0,可用对数:$(\ln h)\prime=4/p-2/(1-p)=(4-6p)/(p(1-p))$。分母正,导数在 $p=\frac{2}{3}$ 左正右负,故唯一最大点为 $\frac{2}{3}$,最大值 $\frac{80}{243}$。目标是恰好 4 次,成功过多也不满足;当 p=1 时成功 6 次,目标概率为零。

题 71

固定 8 次独立同概率试验,每次成功率 p 可取 [0,1]。求恰好 3 次成功的概率何时最大,并求最大值。说明为何“成功率越大越好”在此题不成立。

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$h(p)=\binom{8}{3}p^{3}(1-p)^{5}$,端点值均为零。在 $(0,1)$ 内 h>0,可用对数:$(\ln h)\prime=3/p-5/(1-p)=(3-8p)/(p(1-p))$。分母正,导数在 $p=\frac{3}{8}$ 左正右负,故唯一最大点为 $\frac{3}{8}$,最大值 $\frac{590625}{2097152}$。目标是恰好 3 次,成功过多也不满足;当 p=1 时成功 8 次,目标概率为零。

题 72

固定 10 次独立同概率试验,每次成功率 p 可取 [0,1]。求恰好 7 次成功的概率何时最大,并求最大值。说明为何“成功率越大越好”在此题不成立。

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$h(p)=\binom{10}{7}p^{7}(1-p)^{3}$,端点值均为零。在 $(0,1)$ 内 h>0,可用对数:$(\ln h)\prime=7/p-3/(1-p)=(7-10p)/(p(1-p))$。分母正,导数在 $p=\frac{7}{10}$ 左正右负,故唯一最大点为 $\frac{7}{10}$,最大值 $\frac{66706983}{250000000}$。目标是恰好 7 次,成功过多也不满足;当 p=1 时成功 10 次,目标概率为零。