离散型随机变量及其分布列、数字特征知识清单课件-2027届高考数学一轮复习

第十章计数原理、概率、随机变量及其分布第77课时离散型随机变量及其分布列、数字特征[考试要求]

1．理解取有限个值的离散型随机变量及其分布列的概念．2．理解并会求离散型随机变量的数字特征．理法先行·题练固本知识点1

随机变量的有关概念(1)随机变量：一般地，对于随机试验样本空间Ω中的每个样本点ω，都有____的实数X(ω)与之对应，我们称X为随机变量．(2)离散型随机变量：可能取值为有限个或可以________的随机变量．(3)若X是随机变量，则Y＝aX＋b(a，b为常数)也是随机变量．唯一一一列举知识点2

离散型随机变量的分布列及性质(1)一般地，设离散型随机变量X的可能取值为x1，x2，…，xn，我们称X取每一个值xi的概率P(X＝xi)＝pi，i＝1，2，…，n为X的概率分布列，简称分布列．(2)离散型随机变量分布列的性质①pi__0，i＝1，2，…，n；②p1＋p2＋…＋pn＝_____．≥1(3)两点分布如果P(X＝1)＝p，则P(X＝0)＝1－p，那么X的分布列为X01P1－pp我们称X服从两点分布或0－1分布．知识点3

离散型随机变量的均值与方差离散型随机变量X的分布列为Xx1x2…xnPp1p2…pn(1)离散型随机变量的均值①定义：称E(X)＝____________________＝_________为随机变量X的____或数学期望，数学期望简称____．它反映了离散型随机变量取值的________．②性质：E(aX＋b)＝__________．(a，b为常数)③两点分布的均值：若X服从两点分布，则E(X)＝_．x1p1＋x2p2＋…＋xnpn

均值平均水平aE(X)＋bp期望(2)离散型随机变量的方差①定义：称D(X)＝_______________________为随机变量X的方差，可以用来度量随机变量X的取值与其均值E(X)的________，并称_______为随机变量X的标准差，记为σ(X)．②性质：D(aX＋b)＝________．(a，b为常数)③两点分布的方差：若X服从两点分布，则D(X)＝_________．

偏离程度

a2D(X)p(1－p)[常用结论]1．E(k)＝k，D(k)＝0，其中k为常数．2．若X1，X2相互独立，则E(X1·X2)＝E(X1)·E(X2)．3．均值与方差的关系：D(X)＝E(X2)－(E(X))2．1．(北师大版选择性必修第一册P197练习T3)同时抛掷两枚均匀的骰子，记第一枚骰子掷出的点数与第二枚骰子掷出的点数之差为ξ，则{ξ>4}表示的随机事件是(

)A．第一枚掷出6点，第二枚掷出2点B．第一枚掷出5点，第二枚掷出1点C．第一枚掷出1点，第二枚掷出6点D．第一枚掷出6点，第二枚掷出1点√D

[第一枚与第二枚的点数之差大于4，只有D项符合．]2．(苏教版选择性必修第二册P146本章测试T7)设随机变量X的可能取值为1，2，…，n，并且取1，2，…，n是等可能的．若P(X<4)＝0.3，则下面结论中正确的是(

)A．n＝3 B．n＝4C．n＝10 D．n不能确定√

3．(人教A版选择性必修第三册P66练习T1)已知随机变量X的分布列为X12345P0.10.30.40.10.1则E(X)＝______________，E(3X＋2)＝______________．

2.8

10.42.8

10.4

[E(X)＝1×0.1＋2×0.3＋3×0.4＋4×0.1＋5×0.1＝2.8，E(3X＋2)＝3E(X)＋2＝3×2.8＋2＝10.4．]4．(人教A版选择性必修第三册P70练习T1)已知随机变量X的分布列为X1234P0.20.30.40.1则D(X)＝______________，σ(2X＋7)＝______________．

0.84

考点深研·题型突破考点一

分布列的性质[典例1]

(1)若离散型随机变量ξ的分布列如表所示，则a的值为(

)√ξ－11P4a－13a2＋a

(2)(多选)已知随机变量X的分布列如表(其中a为常数)：X01234P0.10.20.40.2a则下列计算结果正确的是(

)A．a＝0.1 B．P(X≤2)＝0.7C．P(X≥3)＝0.4 D．P(X≤1)＝0.3√√√

通性通法：离散型随机变量分布列的性质的应用(1)利用“概率之和为1”求相关参数．(2)利用“在某个范围内的概率等于它取这个范围内各个值的概率之和”求某些特定事件的概率．(3)可根据性质判断所得分布列结果是否正确．[多维变迁]1．(2025·杭州期末)已知随机变量η，ξ满足η＝3ξ＋1，且P(ξ≥2)＝0.9，则P(η<7)＝(

)A．0.3 B．0.5C．0.1 D．0.2√C

[根据题意，P(ξ≥2)＝0.9，则P(ξ<2)＝1－0.9＝0.1，又由η＝3ξ＋1，则P(η<7)＝P(ξ<2)＝0.1．故选C．]

√√√

X－101P1－2q√

考点二

离散型随机变量的分布列及数字特征[典例2]

国庆节某商场为了迎接促销，决定在商场内举办抽奖活动，盒子内有编号为1～5的大小相同、质地均匀的5个小球．小球上的编号对应着获奖等级：一等奖、二等奖、三等奖、四等奖、五等奖(安慰奖)．规则如下：顾客可以连续抽奖2次，每次抽奖完成后将小球放回盒子，且每次抽奖的结果互不影响．(1)若某顾客第1次未抽到一等奖，求该顾客在第2次抽到一等奖的概率；(2)记某顾客第k次抽到的奖品等级为Xk(k＝1，2)，若用Y＝|X1－X2|表示“两次抽到奖品的等级差”，求Y的分布列与数学期望．

所以Y的分布列为Y43210P

思维建模

“提、定、求、列、套”五步模型法求解分布列与数字特征问题第1步

提：从题干中提取关键信息，分析离散型随机变量的含义，并判断概率类型(如相互独立事件的概率分布、二项分布、超几何分布等)．第2步

定：确定离散型随机变量X的所有可能取值x1，x2，…，xn(需结合题意写全，不要遗漏)．

第4步

列：根据各个取值与对应的概率写出分布列，注意检验概率和是否为1．第5步

套：套用期望公式E(X)＝x1p1＋x2p2＋…＋xnpn计算，若为二项分布，可直接套用E(X)＝np简化计算．[多维变迁]1．(多选)已知随机变量X的分布列为X－1012Pabc0.25

√√√

2．(2025·武威市期末)一批笔记本电脑共有10台，其中A品牌3台，B品牌7台，如果从中随机挑选2台，设挑选的2台电脑中A品牌的台数为X．(1)求X的分布列；(2)求X的均值和方差．

X

0

1

2P

【教用·备选题】1．设离散型随机变量X的分布列为(1)求2X＋1的分布列；(2)求随机变量η＝|X－1|的分布列．X01234P0.20.10.10.3m[解]

(1)由分布列的性质知，0.2＋0.1＋0.1＋0.3＋m＝1，得m＝0.3．列表为从而2X＋1的分布列为X012342X＋1135792X＋113579P0.20.10.10.30.3(2)由(1)知m＝0.3，列表为所以P(η＝1)＝P(X＝0)＋P(X＝2)＝0.2＋0.1＝0.3，P(η＝0)＝P(X＝1)＝0.1，P(η＝2)＝P(X＝3)＝0.3，P(η＝3)＝P(X＝4)＝0.3，故η＝|X－1|的分布列为X01234|X－1|10123η0123P0.10.30.30.3

η0123P

3．(2022·全国甲卷)甲、乙两个学校进行体育比赛，比赛共设三个项目，每个项目胜方得10分，负方得0分，没有平局．三个项目比赛结束后，总得分高的学校获得冠军．已知甲学校在三个项目中获胜的概率分别为0.5，0.4，0.8，各项目的比赛结果相互独立．(1)求甲学校获得冠军的概率；(2)用X

表示乙学校的总得分，求X

的分布列与期望．

即X

的分布列为E(X)＝0×0.16＋10×0.44＋20×0.34＋30×0.06＝13．X0102030P0.160.440.340.06

所以随机变量X的分布列为X0246P

易错提醒：随机变量的均值和方差从整体上刻画了随机变量，是生产实际中用于方案取舍的重要理论依据．一般先比较均值，若均值相同，再用方差来决定．【教用·通性通法】1．决策问题一般有三种途径：(1)利用概率：若概率越大，则事件发生的可能性越大，而选择概率大的好还是选择概率小的好，要根据具体问题而定．(2)利用均值：随机变量的均值反映了随机变量的平均水平，究竟是均值大的好还是均值小的好，也要根据具体问题而定，如经济收入的均值是越大越好，生产中的次品数是均值越小越好．

(3)利用方差：方差反映了随机变量偏离平均值的程度，方差越大，随机变量的取值越分散；方差越小，随机变量的取值越集中于均值附近．2．在做决策时，一般能通过概率进行决策的优先用概率，不能用概率决策的，再比较均值，当均值相等时，再比较方差(或标准差)．[多维变迁](2021·新高考Ⅰ卷)某学校组织“一带一路”知识竞赛，有A，B两类问题．每位参加比赛的同学先在两类问题中选择一类并从中随机抽取一个问题回答，若回答错误则该同学比赛结束；若回答正确则从另一类问题中再随机抽取一个问题回答，无论回答正确与否，该同学比赛结束．A类问题中的每个问题回答正确得20分，否则得0分；B类问题中的每个问题回答正确得80分，否则得0分．已知小明能正确回答A类问题的概率为0.8，能正确回答B类问题的概率为0.6，且能正确回答问题的概率与回答次序无关．(1)若小明先回答A类问题，记X为小明的累计得分，求X的分布列；(2)为使累计得分的期望最大，小明应选择先回答哪类问题？并说明理由．[解]

(1)由题意得，X的所有可能取值为0，20，100，P(X＝0)＝1－0.8＝0.2，P(X＝20)＝0.8×(1－0.6)＝0.32，P(X＝100)＝0.8×0.6＝0.48，所以X的分布列为X020100P0.20.320.48(2)当小明先回答A类问题时，由(1)可得E(X)＝0×0.2＋20×0.32＋100×0.48＝54.4．当小明先回答B类问题时，记Y为小明的累计得分，则Y的所有可能取值为0，80，100，P(Y＝0)＝1－0.6＝0.4，P(Y＝80)＝0.6×(1－0.8)＝0.12，P(Y＝100)＝0.6×0.8＝0.48，所以Y的分布列为Y080100P0.40.120.48E(Y)＝0×0.4＋80×0.12＋100×0.48＝57.6．因为57.6>54.4，即E(Y)>E(X)，所以为使累计得分的期望最大，小明应选择先回答B类问题．【教用·备选题】某短视频软件经过几年的快速发展，深受人们的喜爱，该软件除了有娱乐属性外，也可通过平台推送广告．某公司为了宣传新产品，现有以下两种宣传方案：方案一：投放该平台广告，据市场调研，其收益X分别为0元、20万元、40万元，且P(X＝20)＝0.3，E(X)＝30．方案二：投放传统广告，据市场调研，其收益Y分别为10万元、20万元、30万元，其概率依次为0.3，0.4，0.3．(1)请写出方案一的分布列，并求方差D(X)；(2)请你根据所学的统计知识给出建议，该公司宣传应该投放哪种广告？并说明你的理由．[解]

(1)设P(X＝0)＝a，P(X＝40)＝b，依题意得a＋b＋0.3＝1，①又E(X)＝0×a＋20×0.3＋40b＝30，②由①②解得a＝0.1，b＝0.6．所以X的分布列为则D(X)＝(0－30)2×0.1＋(20－30)2×0.3＋(40－30)2×0.6＝180．X02040P0.10.30.6(2)由题意得Y的分布列为则E(Y)＝10×0.3＋20×0.4＋30×0.3＝20，D(Y)＝(10－20)2×0.3＋(20－20)2×0.4＋(30－20)2×0.3＝60．由E(X)>E(Y)可知，采用投放平台广告收益均值较大，又D(X)>D(Y)，说明投放平台广告的风险较高．综上所述，如果公司期望高收益，应选择投放平台广告；如果公司期望收益稳定，应选择投放传统广告．Y102030P0.30.40.3微点突破16均值、方差的单调性、最值(范围)问题关于随机变量的均值与方差，近几年均以选择题的形式考查，除考查均值、方差的直接计算，还经常从下列几个角度进行考查：(1)均值、方差及概率的大小比较；(2)均值、方差的增减性分析；(3)均值、方差的最值；(4)解均值、方差的不等式求参数的范围．[典例4]

(1)(2025·重庆期末)设0<a<2，随机变量X的分布列如表所示，则随着a的增大，(

)A．D(X)增大B．D(X)减小C．D(X)先增大后减小D．D(X)先减小后增大X0a2P√(2)(2025·海宁期末)已知离散型随机变量X的分布列如下表：X01－1Pabc

√

【教用·备选题】(多选)已知某商场销售一种商品的单件销售利润为X＝0，a，2，根据以往销售经验可得0<a<2，随机变量X的分布列为X0a2Pb

√√√

1．(链接考点一)(2025·保定期末)已知离散型随机变量X的分布列如下表所示，则q的值为(

)√X0123P0.3－q0.120.9－2q0.16

A

[由离散型随机变量X的分布列，得0.3－q＋0.12＋0.9－2q＋0.16＝1，解得q＝0.16，满足0.3－q>0，0.9－2q>0，∴q＝0.16．故选A．]

√

3．(链接考点三)(人教A版选择性必修第三册P67练习T3改编)甲、乙两人在一天生产中出现的废品数分别是两个随机变量X，Y，分布列分别为甲生产废品数的分布列X0123P0.40.30.20.1乙生产废品数的分布列Y012P0.30.50.2若甲、乙两人的日产量相等，则甲、乙两人中技术较好的是______________．

乙

乙

[E(X)＝0×0.4＋1×0.3＋2×0.2＋3×0.1＝1，E(Y)＝0×0.3＋1×0.5＋2×0.2＝0.9，∵E(Y)<E(X)，∴乙技术较好．]4．(链接考点二)(2025·全国一卷)有5个相同的球，分别标有数字1，2，3，4，5，从中有放回地随机取3次，每次取1个球．记X为这5个球中至少被取出1次的球的个数，则X的数学期望E(X)＝______________．

X123P

题、单项选择题

1．在篮球比赛中，规定一次中距离投篮投中得2分，投不中得0分，则选手甲在三次中距离投篮中的总得分ξ的所有可能取值的和是(

)A．8 B．10C．12 D．14√课时作业(七十七)离散型随机变量及其分布列、数字特征题

[选手甲在三次中距离投篮中可能都不中，得0分，中一次，得2分，中两次，得4分，中三次，得6分，故总得分ξ的所有可能取值为0，2，4，6，所以总得分ξ的所有可能取值的和为12．]√题号135246879102．(2025·南京期末)若随机变量ξ的分布列如下表：则P(|ξ|<2)的值为(

)A．0.3 B．0.4C．0.55 D．0.85ξ－2－1123P0.20.12m0.25m题

[由离散型随机变量ξ的分布列的性质，得0.2＋0.1＋2m＋0.25＋m＝1，∴3m＝0.45，解得m＝0.15，∴P(|ξ|<2)＝P(ξ＝－1)＋P(ξ＝1)＝0.1＋2m＝0.1＋2×0.15＝0.4．故选B．]题/p>

√X012Pa3a题/p>

√题/p>

X0123Pa5a题/p>

√题、多项选择题5．(2025·西安市长安区校级月考)下列随机变量中属于离散型随机变量的是(

)A．高速公路上某收费站在半小时内经过的车辆数XB．测量一个年级所有学生的体重，在60kg~70kg范围内的体重记为XC．测量全校所有同学的身高，在170cm~175cm范围内的人数记为XD．某电子元件的寿命X√题C

[半小时内经过的车辆数可以一一列举出来，是离散型随机变量，选项A正确；体重无法一一列举，选项B错误；人数可以列举，选项C正确；某电子元件的寿命可为任意值，不能一一列举出来，选项D错误．故选AC．]题号135246879106．(人教A版选择性必修第三册P70练习T1改编)设离散型随机变量X的分布列为若离散型随机变量Y满足Y＝2X＋1，则下列结果正确的有(

)A．q＝0.1B．E(X)＝2，D(X)＝1.4C．E(X)＝2，D(X)＝1.8D．E(Y)＝5，D(Y)＝7.2√X01234Pq0.40.10.20.2√√题CD

[由离散型随机变量X的分布列的性质得：q＝1－0.4－0.1－0.2－0.2＝0.1，E(X)＝0×0.1＋1×0.4＋2×0.1＋3×0.2＋4×0.2＝2，D(X)＝(0－2)2×0.1＋(1－2)2×0.4＋(2－2)2×0.1＋(3－2)2×0.2＋(4－2)2×0.2＝1.8，