7.3 离散型随机变量的数字特征

分布列把一个随机变量的情况全列出来了,可表太长时,我们想用一两个数说清楚:平均能得多少?结果稳不稳?这就是均值和方差。

本节知识点离散型随机变量的均值随机变量方差与线性变换

第 1 步

从例子进入

小店门口有个十等分抽奖转盘:转一次,有 的机会得 元, 的机会得 元,其余 什么也没有。先点下面的按钮看转盘扇区与 次总账:

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想一想

转 次,大约 次得 元、 次得 元、 次没得。这 次一共大约得多少元?

看答案与解析

答案:B

B。 元。

平均每次大约 元,也就是 :每个取值乘上它的概率再加起来。

这个「按概率加权的平均」就是本节的均值。注意 元一次也转不出来,它说的是转很多次之后的平均。光有平均还不够,每次得多得少差得大不大,要用方差来量。

第 2 步

讲清楚

0:00 / 3:50

1. 先认识几个词

要用到:7.2 分布列与概率性质(回看 7.2);必修二 9.2 样本均值与方差(回看 9.2)。期望与方差是用两个核心数刻画随机变量全貌的指标。

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2. 期望与方差主公式与两点分布特征

想一想

自己试试: 取 的概率分别是 。 是?

看答案与解析

答案:B

B。。选 A 的同学把 直接平均了,等于把三个概率都当成 ;可 的概率 比 的 大,均值要往 那边偏一点。选 C 是只把取值加起来、没乘概率。

想一想

自己试试: 取 和 ,概率各 。 是?

看答案与解析

答案:A

A。,两个值离 都是 ,。或者 ,。选 B 是偏离平方后忘了乘概率;选 C 是算成了 ,均值忘了平方;选 D 只算了 。

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3. 三步破题思维链例题

想一想

自己试试:,,。 是?

看答案与解析

答案:B

B。,;或 ,开方得 。选 A 把 直接乘上去了,可标准差是非负平方根,不会是负数。C 是 ,还没开方。D 是把 的公式套到了 上:。

0:00 / 3:02

4. 三大翻车现场红绿对比卡

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第 3 步

动手

① 分布列跷跷板:拖柱子改概率

取 。上下拖某根柱子(或选中后按方向键)改它的概率,其余柱子按原来的比例自动让出,总和始终是 。三角是支点 ,金色带是 。试试:把概率堆到两头,支点不动,方差却变大。

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② 进阶:,均值、方差怎么变

用的是①里现在的分布。上面一行是 ,下面一行是 。动 :整排柱子平移,波动带宽度不变;动 :柱子拉开或挤拢, 为负时左右翻过来,方差按 变。

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第 4 步

练一练

从易到难排好了。前两道直接用,中间三道是最常见的错,最后一道是挑战。

直接用

想一想

  1. 取 的概率分别是 。 是?
看答案与解析

答案:A

A。。选 B 是把三个取值简单平均了;选 C 是漏了 那一项的负号贡献。

想一想

  1. ,,。 和 分别是?
看答案与解析

答案:A

A。,。B 是 没平方;C 是把 也减到了方差上,可平移不改变方差;D 是均值忘了 。

易错

想一想

  1. 掷一个均匀骰子,点数为 ,。下面哪句话对?
看答案与解析

答案:B

B。均值是按概率加权的平均,说的是很多次的平均水平,它不一定是 能取到的值。A、C 都把「均值」当成了「某一次的结果」。

想一想

  1. 一张刮刮卡卖 元: 的机会中 元, 的机会中 元,其余不中。买一张,净收益(奖金减去 元)的均值是?
看答案与解析

答案:B

B。净收益可能是 、、 元,概率 、、:

。

也可以先算奖金均值 ,再减成本 。A 忘了扣成本。C 把长期平均当成了每一次的结果:单买一张只会是 、 或 ,不会正好是 。

想一想

  1. 两个方案的收益(万元):甲取 和 ,概率各 ;乙取 的概率 、取 的概率 。小王的要求是「不能亏钱」。他该选?
看答案与解析

答案:A

A。均值确实都是 :甲 ,乙 。可方差甲是 ,乙是 ,乙波动大,而且有 的机会亏 万。

小王的目标是不亏,甲最少也赚 万,选甲。C 只看了均值;B 只看了最好的结果。均值一样时,要看风险和目标。

挑战

想一想

  1. ,,。 是?
看答案与解析

答案:A

A。先求 。于是 ,。再把 倒过来:。

B 是把 当成了 ,差的正是方差。C 是把 展开成 ,漏了中间项 :正确是 。D 是把 的公式直接套到 上:。

第 5 步

高考真题

先独立作答,做完再对照分步解析。选择题点选项自动判对错;填空题写法不同时,看答案自己判。要用到后面章节的题收在最后,学到那里再做。

2026 新高考Ⅰ卷 第 8 题 · 单选

设 为空间中 64 个点构成的集合,点 。记样本空间 。从 中随机取一个点,定义随机变量 如下:对 中的每个点 ,令 ,则 的数学期望为

看答案与解析

答案:A

不必列完整分布;先求所有点对应数值的总和,再去掉 P 的贡献。

利用对称性

完整集合中,每个坐标的四种取值各出现 16 次,其和为 。所以 64 个点的 值总和为 0。

删点后求平均

点 的 值为 3。去掉 P 后,63 个等可能样本的数值总和为 ,故 ,选 A。

等可能样本的期望可用所有样本值的平均数求得。

2016 全国Ⅱ卷(理科) 第 18 题 · 解答

某险种的基本保费为 (单位:元,),继续购买该险种的投保人成为续保人。续保人本年度保费与其上年度出险次数的关联如下: 上年度出险次数|0|1|2|3|4| 保费|||||| 该险种一续保人一年内出险次数与相应概率如下: 出险次数|0|1|2|3|4| 概率|0.30|0.15|0.20|0.20|0.10|0.05 (Ⅲ) 求续保人本年度的平均保费与基本保费的比值。

答案与解析

答案:。

思路

先把保费除以 a,将问题化为六个保费比值的加权平均。

  1. 建立比值分布

    令 。Y依次取0.85、1、1.25、1.5、1.75、2,对应概率分别为0.30、0.15、0.20、0.20、0.10、0.05。

  2. 计算期望

    。

  3. 返回实际量

    平均保费为 ,与基本保费a的比值为1.23。

易错点

  • 把六个档位直接作简单平均。
  • 将至少5次错误拆成无限多个不同保费档位。

小结

分布的概率是权重;多个出险次数对应同一保费时合并为一个取值。

2021 新高考Ⅱ卷 第 21 题 · 解答

一种微生物群体可以经过自身繁殖不断生存下来,设一个这种微生物为第0代,经过一次繁殖后为第1代,再经过一次繁殖后为第2代……,该微生物每代繁殖的个数是相互独立的且有相同的分布列。设 表示1个微生物个体繁殖下一代的个数,。 (1) 已知 ,求 。

答案与解析

答案:。

思路

期望是四种繁殖个数按概率加权的平均数。

  1. 写清分布

    X依次可取0、1、2、3,对应概率0.4、0.3、0.2、0.1;四个概率非负且和为1。

  2. 计算加权平均

    E(X)=0×0.4+1×0.3+2×0.2+3×0.1=0+0.3+0.4+0.3=1。

  3. 解释所求

    含义是一个个体繁殖下一代个数的平均值为1;并非每个个体一定恰好产生一个后代,也未要求本小问判断多代后的生存概率。

易错点

  • 把最可能的取值0当成期望。
  • 遗漏X=0的取值或误将概率作权重平均后再除以4。

小结

离散型随机变量的期望同时使用取值和概率。

2025 新高考Ⅰ卷 第 14 题 · 填空

一个箱子里有5个相同的球,分别以1~5标号,若有放回地取三次,记至少取出一次的球的个数为 ,则数学期望 ______。

答案与解析

答案:

思路

X计数不同标号的球,不是总抽取次数;可能取值为1、2、3。

  1. 计数等可能序列

    每次抽到五个球等可能,有放回使三次样本空间为5^3=125个有序序列。X=1有5个序列。X=2先选两个标号,再排除只用其中一个的序列,有C(5,2)(2^3−2)=60个。X=3有5×4×3=60个。

  2. 列分布并求期望

    所以P(X=1)=1/25,P(X=2)=12/25,P(X=3)=12/25。E(X)=(1+24+36)/25=61/25。

  3. 指示变量复核

    对每个球,三次都没抽到的概率为(4/5)^3,至少抽到一次的概率为1−(4/5)^3。五个球的指示变量求和得E(X)=5[1−(4/5)^3]=61/25,无须假定这五个“被抽到”事件独立。

易错点

  • 把至少取出一次的不同球数当成固定抽取次数3。
  • 误把五个“被取到”事件当成相互独立。
  • 只选两个标号而不计三次抽取的顺序。

小结

区分抽取次数与不同对象数;指示变量求期望只需线性性,不要求独立。