(12分)乒乓球比赛规则规定:一局比赛,双方比分在10平前…——2012 高考数学第 19 题答案解析

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19.(12分)乒乓球比赛规则规定:一局比赛,双方比分在10平前,一方连续发球2次后,对方再连续发球2次,依次轮换.每次发球,胜方得1分,负方得0分.设在甲、乙的比赛中,每次发球,发球方得1分的概率为0.6,各次发球的胜负结果相互独立.甲、乙的一局比赛中,甲先发球

(Ⅰ)求开始第4次发球时,甲、乙的比分为1比2的概率;

(Ⅱ)ξ表示开始第4次发球时乙的得分,求ξ的期望

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记事件 $A_i$ 为“前两次发球中甲得 $i$ 分” ($i=0,1,2$),事件 $C$ 为“第3次发球甲得分”。
由题意,发球方得分概率为 $0.6$,则接发球方(即对方)得分概率为 $0.4$。
甲先发球,故第1、2次由甲发球,第3次由乙发球。

对于前两次发球(甲发):
甲每次得分概率 $P(\text{甲胜}) = 0.6$,失分概率 $P(\text{甲负}) = 0.4$。
$P(A_0) = 0.4 \times 0.4 = 0.16$ (甲得0分,即乙得2分)
$P(A_1) = C_2^1 \times 0.6 \times 0.4 = 0.48$ (甲得1分,即乙得1分)
$P(A_2) = 0.6 \times 0.6 = 0.36$ (甲得2分,即乙得0分)

对于第3次发球(乙发):
乙是发球方,乙得分概率为 $0.6$,甲得分概率为 $0.4$。
即 $P(C) = 0.4$,$P(\bar{C}) = 0.6$(此时乙得分)。

(Ⅰ)开始第4次发球时,共进行了3次发球。
甲、乙比分为 $1:2$,意味着甲得1分,乙得2分。
这包含两种互斥情况:
1. 前两次甲得0分($A_0$),且第3次甲得1分($C$)。此时甲总分 $0+1=1$,乙总分 $2+0=2$。
概率为 $P(A_0)P(C) = 0.16 \times 0.4 = 0.064$。
2. 前两次甲得1分($A_1$),且第3次甲得0分($\bar{C}$,即乙得分)。此时甲总分 $1+0=1$,乙总分 $1+1=2$。
概率为 $P(A_1)P(\bar{C}) = 0.48 \times 0.6 = 0.288$。

故所求概率 $P = 0.064 + 0.288 = 0.352$。

(Ⅱ)$\xi$ 表示开始第4次发球时乙的得分。
前两次乙的得分可能为 $2, 1, 0$(对应 $A_0, A_1, A_2$)。
第3次乙若得分($\bar{C}$),则乙再加1分;若不得分($C$),则乙加0分。
$\xi$ 的可能取值为 $0, 1, 2, 3$。

1. $\xi = 0$:
需前两次乙得0分($A_2$),且第3次乙不得分($C$)。
$P(\xi=0) = P(A_2)P(C) = 0.36 \times 0.4 = 0.144$。

2. $\xi = 1$:
情况一:前两次乙得1分($A_1$),第3次乙不得分($C$)。
概率 $P(A_1)P(C) = 0.48 \times 0.4 = 0.192$。
情况二:前两次乙得0分($A_2$),第3次乙得分($\bar{C}$)。
概率 $P(A_2)P(\bar{C}) = 0.36 \times 0.6 = 0.216$。
$P(\xi=1) = 0.192 + 0.216 = 0.408$。

3. $\xi = 2$:
情况一:前两次乙得2分($A_0$),第3次乙不得分($C$)。
概率 $P(A_0)P(C) = 0.16 \times 0.4 = 0.064$。
情况二:前两次乙得1分($A_1$),第3次乙得分($\bar{C}$)。
概率 $P(A_1)P(\bar{C}) = 0.48 \times 0.6 = 0.288$。
$P(\xi=2) = 0.064 + 0.288 = 0.352$。(此即第Ⅰ问的结果)

4. $\xi = 3$:
需前两次乙得2分($A_0$),且第3次乙得分($\bar{C}$)。
$P(\xi=3) = P(A_0)P(\bar{C}) = 0.16 \times 0.6 = 0.096$。

检验概率和:$0.144 + 0.408 + 0.352 + 0.096 = 1.0$,计算无误。

$\xi$ 的分布列为:

$\xi$0123
$P$0.1440.4080.3520.096

期望 $E\xi = 0 \times 0.144 + 1 \times 0.408 + 2 \times 0.352 + 3 \times 0.096$
$= 0 + 0.408 + 0.704 + 0.288$
$= 1.4$。

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