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第四课:不放回为何不能照套二项分布

[返回路线](./09_two_week_plan_zh.md)。周三一小时,本地对应考点 36。

从选取对象推导分布

N 个对象中 M 个目标类,等可能不放回选 n 个,X 为目标数,称超几何分布(hypergeometric distribution)。样本点是等可能的 n 元子集,分母为 $\binom Nn$;恰 k 个目标数的集合由目标中选 k、其余中选 n-k 唯一确定,分子为 $\binom Mk\binom{N-M}{n-k}$。

取值范围必须兼顾两类数量:$\max(0,n-(N-M))\le k\le\min(n,M)$。期望用位置指示变量相加得 nM/N,不要求独立。方差的交叉项推导见分布讲义,课堂先由具体分布列计算。

教师备课与退出检查

复测第三课分布列。25 分钟新知用 3 红 2 白取 2 球,先画集合再算概率;20 分钟应用把同一题改成放回,学生独立比较。退出题:5 个中 3 个目标,抽 4 个,目标数能为零吗?不能,非目标只有 2 个,下限是 2。若她只会写“0 到 n”,需回到实际对象数量。

四道核心作业

作业 1:先确定支持集【自编·辨析】

5 件产品中 3 件合格,等可能选 4 件。有人列合格数为 0、1、2、3、4,指出不可能取值并求完整分布。

一级提示

合格最多 3 件;非合格只有 2 件。

完整解析

至少取到 2 件合格,最多 3 件。$P(X=2)=\binom32\binom22/\binom54=3/5$,$P(X=3)=\binom33\binom21/\binom54=2/5$,和为 1。0、1、4 不可能;可删去或明确写概率为零,不能当正概率取值。

作业 2:完整超几何分布【考点 36 模型改编】

6 个可区分球中 2 红 4 白,所有三球集合等可能,X 为红球数,求分布、期望、方差。

一级提示

按 X=0、1、2 分别选红与白,分母相同。

完整解析

分母 $\binom63=20$;三个分子为 $\binom43=4$、$\binom21\binom42=12$、$\binom22\binom41=4$,概率 1/5、3/5、1/5。期望 1,二阶矩 7/5,方差 2/5。均值也等于 $3\times2/6=1$,独立验证通过。

作业 3:同一总体改成放回【自编·迁移】

上题改为每次抽一球、放回混匀,连续独立抽三次。求红球次数的分布与方差,比较两模型均值和方差。

一级提示

每次红球概率恒为 1/3。比较时别只看均值。

完整解析

$X\sim B(3,1/3)$,取 0、1、2、3,概率分别为 8/27、12/27、6/27、1/27,和为 1。均值 1,方差 2/3。两模型均值相同,但不放回红球最多 2 个,方差 2/5 较小;放回可以同一个红球多次被抽中。相同均值不足以判断分布相同。

作业 4:不放回的条件信息【考点 38 模型改编】

3 红 2 白依次随机不放回抽两球,求第二球红的概率及两球红的概率;判断两次红球事件独立吗?

一级提示

第二球红按第一球红或白分类。

完整解析

$P(第二红)=(3/5)(2/4)+(2/5)(3/4)=3/5$。两红概率 $(3/5)(2/4)=3/10$,不等于 $(3/5)^2=9/25$,故不独立。每个位置的边缘概率相同,并不代表条件概率不变。

讲题指定作业 3:为什么“总体相同”并不决定模型相同?