人教A版 (2019)选择性必修 第三册7.3 离散型随机变量的数字特征教学设计

 教学环节：新课引入

教学内容

师生活动

设计意图

有三家公司为大学毕业生甲提供应聘机会，按面试的时间顺序，这三家公司分别记为x，y，z，每家公司都可提供极好、好和一般三种职位．每家公司根据面试情况决定给求职者何种职位或拒绝提供职位．按规定，双方在面试后要立即做出决定提供、接受或拒绝某种职位，且不能毁约．咨询专家在为甲的学业成绩和综合素质进行评估后，认为甲获得极好、好和一般的可能性依次为0.2,0.3和0.4.三家公司的工资承诺如表：

如果甲把工资作为首选条件，那么甲在各公司面试时，对该公司提供的各种职位应作何种选择？

情景导学，激发学生的学习兴趣

教学环节：自学新教材，提炼知识要点

教学内容

师生活动

设计意图

一、知识要点

离散型随机变量的均值及其性质

(1)    定义：一般地，若离散型随机变量X的分布列为

则称E(X)＝                                 为随机变量X的均值或数学期望．

(2)意义：均值是随机变量可能取值关于取值概率的          ，它综合了随机变量的取值和取值的概率，反映了随机变量取值的

          ．

(3)一般地，如果随机变量X服从两点分布，那么E(X)＝0×(1－p)＋1×p＝p.

(4)性质：E(X＋b)＝E(X)＋b，E(aX)＝aE(X)，E(aX＋b)＝aE(X)＋b.

二、知识点的精准理解和深化

问题1.甲乙两名射箭运动员射中目标靶的环数的分布列如下表所示：

如何比较他们射箭水平的高低呢？

解析:假设甲射箭n次，射中7环、8环、9环和10环的频率分别为：甲n次射箭射中的平均环数

当n足够大时，频率稳定于概率，所以x稳定于7×0.1+8×0.2+9×0.3+10×0.4=9.

即甲射中平均环数的稳定值(理论平均值)为9,这个平均值的大小可以反映甲运动员的射箭水平.同理，乙射中环数的平均值为7×0.15+8×0.25+9×0.4+10×0.2=8.65.

从平均值的角度比较，甲的射箭水平比乙高.

三、概念的深化与总结

1.离散型随机变量取值的平均值:

一般地，若离散型随机变量X的概率分布为：则称

 为随机变量X的均值(mean)或数学期望(mathematical expectation),数学期望简称期望.均值是随机变量可能取值关于取值概率的加权平均数,它综合了随机变量的取值和取值的概率,反映了随机变量取值的平均水平.

问题2. 已知X是一个随机变量，且分布列如下表所示.       

设都是实数且，则Y + 也是一个随机变量，那么，这两个随机变量的均值之间有什么联系呢？

2.若X,Y是两个随机变量,且Y=aX+b,则有E(Y)=aE(X)+b,即随机变量X的线性函数的均值等于这个随机变量的均值E(X)的同一线性函数.特别地:

(1)当a=0时,E(b)=b,即常数的均值就是这个常数本身.

(2)当a=1时,E(X+b)=E(X)+b,即随机变量X与常数之和的均值等于X的均值与这个常数的和.

(3)当b=0时,E(aX)=aE(X),即常数与随机变量乘积的均值等于这个常数与随机变量的均值的乘积.

填写导学案,提问学生自学看教材的知识要点，从中发现学生理解的薄弱点

学生回答并分析，教师补充完善：

类似两组数据的比较,首先比较击中的平均环数,如果平均环数相等，再看稳定性.

因材施教，根据学生预习的结果，引导下一步教学

发挥学生的主观能动性，暴露学生思维，教师精准指导,

从而发展学生逻辑推理、数学运算、数学抽象和数学建模的核心素养。

教学环节：例题剖析

教学内容

师生活动

设计意图

例1:在篮球比赛中,罚球命中1次得1分,不中得0分,如果某运动员罚球命中的概率为0.8,那么他罚球1次的得分X的均值是多少?

解：因为P(X=1)=0.8，P(X=0)=0.2，

        所以E(X)=1×P(X=1)+0×P(X=0)=1×0.8+0×0.2 =0.8

即该运动员罚球1次的得分X的均值是0.8.

例2:抛掷一枚质地均匀的骰子,设出现的点数为X,求X的均值.

解：X的分布列为?(X=k)= ,k=1,2,3,4,5,6

因此,E(X)= (1+2+3+4+5+6)=3.5.

【跟踪训练】某地最近出台一项机动车驾照考试规定：每位考试者一年之内最多有4次参加考试的机会，一旦某次考试通过，即可领取驾照，不再参加以后的考试，否则就一直考到第4次为止．如果李明决定参加驾照考试，设他每次参加考试通过的概率依次为0.6,0.7,0.8,0.9，求在一年内李明参加驾照考试次数X的分布列和X的均值．

例3:猜歌名游戏是根据歌曲的主旋律制成的铃声来猜歌名.某嘉宾参加猜歌名节目，猜对每首歌曲的歌名相互独立，猜对三首歌曲A，B，C歌名的概率及猜对时获得相应的公益基金如下表所示：

规则如下：按照A，B，C的顺序猜，只有猜对当前歌曲的歌名才有资格猜下一首，求嘉宾获得的公益基金总额X的分布列及均值.

解：分别用A,B,C表示猜对歌曲A,B,C歌名的事件，A,B,C相互独立 P(?=0)=?()=0.2,

P(?=1000)=?(A)=0.8×0.4=0.32,

?(?=3000)=?(??)=0.8×0.6×0.6=0.288,

(?=6000)=(???)=0.8×0.6×0.4=0.192.

X的分布列如下表所示：

?的均值为?(?)=0×0.2+1000×0.32+3000×0.288+6000×0.192=2336.

例4：根据气象预报，某地区近期有小洪水的概率为0.25，有大洪水的概率为0.01，该地区某工地上有一台大型设备，遇到大洪水时要损失60000元，遇到小洪水时要损失10000元。为保护设备，有以下三种方案：

方案1：运走设备，搬运费为3800元。

方案2：建保护围墙，建设费为2000元，但围墙只能挡住小洪水。

方案3：不采取措施，希望不发生洪水。

工地的领导该如何决策呢?

解:设方案1、方案2、方案3的总损失分别为X1,X2,X3.

采用方案1,无论有无洪水,都损失3800元.因此,P(X1=3800)=1.

采用方案2,遇到大洪水时,总损失为2000+6000=62000元;没有大洪水时,总损失为2000元,因此,P(X2=62 000)=0.01,P(X2=2000)=0.99.

采用方案3,P(X3=60 000)=0.01,P(X3=10000)=0.25,P(X3=0)=0.74.

于是,E(X1)=3800,

E(X2)=62 000×0.01+2 000×0.99=2 600,

E(X3)=60 000×0.01+10 000×0.25+0×0.74=3 100.

因此,从期望损失最小的角度,应采取方案2.

师生共同分析后学生计算，教师展示解答，纠正学生中不规范的问题，总结一般方法:

1.分析:罚球有命中和不中两种可能结果,命中时X=1,不中时X=0,因此随机变量X服从两点分布,X的均值反映了该运动员罚球1次的平均得分水平.

方法总结：一般地，如果随机变量X服从两点分布，那么：

例2分析:先求出X的分布列,再根据定义计算X的均值。

方法总结:求离散型随机变量X的均值的步骤：

(1)理解X的实际意义，写出X全部可能取值；

(2)求出X取每个值时的概率；

(3)写出X的分布列(有时也可省略)；

(4)利用定义公式求出均值

找学生去黑板上写，其余学生独立解答在练习本上

解：　X的取值分别为1,2,3,4.

X＝1，表明李明第一次参加驾照考试就通过了，

故P(X＝1)＝0.6.

X＝2，表明李明第一次考试未通过，

第二次通过了，故P(X＝2)＝(1－0.6)×0.7＝0.28.

X＝3，表明李明第一、二次考试未通过，第三次通过了，

故P(X＝3)＝(1－0.6)×(1－0.7)×0.8＝0.096.

X＝4，表明李明第一、二、三次考试都未通过，

故P(X＝4)＝(1－0.6)×(1－0.7)×(1－0.8)＝0.024.

所以李明一年内参加考试次数X的分布列为

所以X的均值为E(X)＝1×0.6＋2×0.28＋3×0.096＋4×0.024＝1.544.

思考：如果改变猜歌的顺序，获得公益基金的均值是否相同？如果不同，你认为哪个顺序获得的公益基金均值最大？

解：如果按ACB的顺序来猜歌,分别用A,B,C表示猜对歌曲A,B,C歌名的事件，

A,B,C相互独立; (?=0)=?()=0.2,

(?=1000)=?(A)=0.8×0.4=0.32,

?(?=3000)=?(?C)=0.8×0.4×0.4=0.128,

(?=6000)=(?CB)=0.8×0.4×0.6=0.192.

X的分布列如下表所示：

按由易到难的顺序来猜歌，获得的公益基金的均值最大

分析:决策目标为总损失(投入费用与设备损失之和)越小越好,根据题意,各种方案在不同状态下的总损失如表所示：

方案2和方案3的总损失都是随机变量,可以采用期望总损失最小的方案。

值得注意的是,上述结论是通过比较“期望总损失”而得出的,一般地,我们可以这样来理解“期望总损失”:如果问题中的天气状况多次发生,那么采用方案2将会使总损失减到最小,不过,因为洪水是否发生以及洪水发生的大小都是随机的,所以对于个别的一次决策,采用方案2也不一定是最好的.

通过典例剖析，让学生体会求数学期望的一般方法，感受数学模型在数学应用中的价值。发展学生逻辑推理，直观想象、数学抽象和数学运算的核心素养。

教学环节：课堂检测

1．若随机变量X的分布列为

则E(X)＝(　　)

A．0     B．－1     C．－     D．－

2.某射手对靶射击,直到第一次命中为止,每次命中的概率为0.6,现有4颗子弹,命中后的剩余子弹数目X的数学期望为(　　)

A.2.44       B.3.376       C.2.376       D.2.4

3.已知ξ的分布列如下表,若η=3ξ+2,则E(η)=　　　　　. 

4.设l为平面上过点(0,1)的直线,l的斜率等可能地取-2,-,-,0,,2.用X表示坐标原点到l的距离,则随机变量X的数学期望E(X)=　　　　　. 

5.口袋里装有大小相同的8张卡片,其中3张标有数字1,3张标有数字2,2张标有数字3.第一次从口袋里任意抽取1张,放回口袋里后第二次再任意抽取1张,记第一次与第二次取到卡片上数字之和为ξ.求:

(1)ξ为何值时,其发生的概率最大?并说明理由.

(2)随机变量ξ的数学期望E(ξ).

发一张小卷子，当堂10分钟测验，交上来批改，其中1-4必做，5根据具体学生接受情况和课堂时间选做

1.C　[E(X)＝(－1)×＋0×＋1×＝－.]

2.解析:X的可能取值为3,2,1,0,P(X=3)=0.6;

P(X=2)=0.4×0.6=0.24;  P(X=1)=0.42×0.6=0.096;

P(X=0)=0.43=0.064.

所以E(X)=3×0.6+2×0.24+1×0.096+0×0.064=2.376.

答案:C

3.解析:因为+t+=1,所以t=.

E(ξ)=1×+2×+3×.

E(η)=E(3ξ+2)=3E(ξ)+2=3×+2=.

答案:

4.解析:当l的斜率k=±2时,直线方程为±2x-y+1=0,此时d1=;k=±时,直线方程为±x-y+1=0,此时d2=;k=±时,直线方程为±x-y+1=0,此时d3=;k=0时,直线方程为y-1=0,此时d4=1.由等可能性事件的概率可得分布列为

所以E(X)=+1×. 答案:

5.解:(1)随机变量ξ的可能取值是2,3,4,5,6,

当ξ=4时,其发生的概率最大.

因为P(ξ=2)=,

P(ξ=3)=,

P(ξ=4)=,

P(ξ=5)=,

P(ξ=6)=.

故当ξ=4时满足题意.

(2)E(ξ)=2×+3×+4×+5×+6×.

通过课堂检测的批改和反馈，了解到学生理解的程度，为下一节精准施教打下基础.

教学环节：小结思考    布置作业

小结：

1．求离散型随机变量均值的步骤

(1)确定离散型随机变量X的取值；

(2)写出分布列，并检查分布列的正确与否；

(3)根据公式写出均值．

2．若X，Y是两个随机变量，且Y＝aX＋b，则E(Y)＝aE(X)＋b；如果一个随机变量服从两点分布，可直接利用公式计算均值．

作业：

1. 今日积累
2. 写到作业本上：课本P67练习2、3题
3. 阅读新教材67-70页，提炼知识点，填写自学导学案

通过总结，让学生进一步巩固本节所学内容，提高概括能力和自学能力.

教学环节：板书设计