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辨析概率分布中二项分布和超几何分布

辨析概率分布中二项分布和超几何分布

摘 要:高中数学概率分布中二项分布与超几何分布是两个重要的内容,学生对这两模型的定义不能很好地理解。再来谈谈超几何分布和二项分布的联系与区别,可以让学生彻底掌握两个分布的应用。

关键词:辨析;概率;分布

一、 正确理解两个定义是解题的基础

1. 二项分布 (有放回抽样)

若有N件产品,其中M件是次品,有放回地任意抽取n件,则其中恰有次品的件数X服从二项分布。公式P(X=k)=Cknpk(1-p)n-k,k=0,1,2,…,n

2. 超几何分布 (无放回抽样)

若有N件产品,其中M件是次品,无放回地任意抽取n件,则其中恰有次品的件数X服从超几何分布。公式P(X=k)=CkMCn-kN-MCnN,k=0,1,2,…,n

例如:假设一批产品有100件,其中次品为10件。那么:(1)从中抽取一件产品,为正品的概率?这种可能结果只有两种(抽的结果正品或次品)情况下就可以归纳为两点分布.(2)有放回的抽样,抽n次,出现正品数的分布.这个就是二项分布了.首先,这n次试验可能出现的正品数为0~n;它相当于做了n次试验,每次都是两点分布,也就是说你这抽取n次,每次是正品的概率都是0.9.(3)如果不放回抽取m(≤100)个,这m件产品次品数的分布如何?此问就是超几何分布了,当然这个时候要讨论m与10谁大,以便确认分布的可能取值。以上显然是比较两种分布的实例,超几何分布是不放回抽取,而二项分布是放回抽取,当总体的容量非常大时,超几何分布近似于二项分布。

二、 辨析被抽取样本数量多少是解题关键

两者之间的关系:样本个数越大,超几何分布和二项分布对应的概率值差别就越小,当样本个数为无穷大时,超几何分布和二项分布对应的概率就相等,换言之,超几何分布的极限就是二项分布。下面用两道质检题来加以区别与联系。

【例】 2017泉州市质检中的第19题概率题

某校为了校园安全教育系列活动的成效,对全校学生进行一次安全意识测试,根据测试成绩评定“合格”“不合格”两个等级,同时对相应等级进行量化:“合格”记5分,“不合格”记0分,现随机抽取部分学生的答卷,统计结果及对应的频率分布直方图如下所示。

(1)求a、b、c的值;

(2)用分层抽样的方法,从评定等级为“合格”“不合格”的学生中选取10人进行座谈,现再从这10人中任先选4人,记所选4人的量化总分为ξ,求的分布列及数学期望 E(ξ);

等级不合格合格

得分[20,40)[40,60)[60,80)[80,100)

频数6a24b

解:(1)由频率分布直方图可知,得分在[20,40)频率为0.005×20=0.1

故抽取的学生答卷数为60.1=60,又由频率分布直方图可知得分在[80,100)频率为0.2,所以b=60×0.2=12,又6+a+24+b=60,得a+b=30,所以a=18,c=1860×20=0.015

(2)“不合格”与“合格”的人数比例为24∶36=2∶3

因此抽取的10人中“不合格”有4人,“合格”有6人

所以ξ有20,15,10,5,0共5种可能的取值P(ξ=20)=C46C410=114,P(ξ=15)=C36C14C410=821,P(ξ=10)=C26C24C410=37,P(ξ=5)=C16C34C410=435,P(ξ=0)=C44C410=1210

ξ的分布列為:

ξ20151050

P114821374351210

所以E(ξ)=20×114+15×821+10×37+5×435+0×1210=12

例题中是从有限的10人中选4人,被抽取的样本有限,是一种超几何分布。

两种分布的差别就在于“有”与“无”的差别,只要将概率模型中的“无”改为“有”,或将“有”改为“无”,就可以实现两种分布之间的转化。“返回”和“不返回”就是两种分布转换的关键。

参考文献:

[1]《新课程学习·中》.2013年第03期.

[2]《高中生学习·高二版》.2012年第12期.

作者简介:

洪金坚,现就职于福建省南安市第三中学。endprint

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