甲、乙两人投篮,每次由其中一人投篮,规则如下:若命中则此人…——2023 高考数学第 21 题答案解析

2023_新课标I卷

2023 全国 第 21 题 解答题 区分题
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21. 甲、乙两人投篮,每次由其中一人投篮,规则如下:若命中则此人继续投籃,若末命中则换为对方投篮.无论之前投篮情况如何,甲每次投篮的命中率均为0.6,乙每次投篮的命中率均为 0.8.由抽签确定第 1次投篮的人选,第1次投篮的人是甲、乙的概率各为0.5

(1)求第2次投篮的人是乙的概率;

(2)求第i次投篮的人是甲的概率;

(3)已知:若随机变量 $X _ { i }$ 服从两点分布,且 $P \left( X _ { i } = 1 \right) = 1 - P \left( X _ { i } = 0 \right) = q _ { i } , i = 1 , 2 , \cdots , n$ ,则

$E { \Bigg ( } \sum _ { i = 1 } ^ { n } X _ { i } { \Bigg ) } = \sum _ { i = 1 } ^ { n } q _ { i }$ .记前n次(即从第1次到第n次投篮)中甲投篮的次数为Y,求 $E \big ( Y \big )$

参考答案

(1) 0.6 >; (2) ${ \frac { 1 } { 6 } } \times \left( { \frac { 2 } { 5 } } \right) ^ { i - 1 } + { \frac { 1 } { 3 } }$ >; (3) $E ( Y ) = { \frac { 5 } { 1 8 } } { \Bigg [ } 1 - \left( { \frac { 2 } { 5 } } \right) ^ { n } { \Bigg ] } + { \frac { n } { 3 } }$

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完整解析 · 逐步详解

【答案】(1)0.6

> ② ${ \frac { 1 } { 6 } } \times \left( { \frac { 2 } { 5 } } \right) ^ { i - 1 } + { \frac { 1 } { 3 } }$

> ③ $E ( Y ) = { \frac { 5 } { 1 8 } } { \Bigg [ } 1 - \left( { \frac { 2 } { 5 } } \right) ^ { n } { \Bigg ] } + { \frac { n } { 3 } }$

【解析】

【分析】(1)根据全概率公式即可求出;

> ②设 $P \left( \mathcal { A } _ { i } \right) = p _ { i }$ ,由题意可得 $p _ { i + 1 } = 0 . 4 p _ { i } + 0 . 2$ ,根据数列知识,构造等比数列即可解出;

(3)先求出两点分布的期望,再根据题中的结论以及等比数列的求和公式即可求出

【小问 1 详解】

记“第i次投篮的人是甲”为事件A ,“第i次投篮的人是 $Z , \ '$ 为事件 $B _ { i }$ ,

所以, $P \left( B _ { 2 } \right) = P \left( \mathcal { A } _ { 1 } B _ { 2 } \right) + P \left( B _ { 1 } B _ { 2 } \right) = P \left( \mathcal { A } _ { 1 } \right) P \left( B _ { 2 } \mid \mathcal { A } _ { 1 } \right) + P \left( B _ { 1 } \right) P \left( B _ { 2 } \mid B _ { 1 } \right)$

$$ = 0. 5 \times (1 - 0. 6) + 0. 5 \times 0. 8 = 0. 6 $$

【小问2详解】

设 $P \left( { \cal A } _ { i } \right) = p _ { i }$ ,依题可知, $P \left( B _ { i } \right) = 1 - p _ { i }$ ,则

$$ P \left(A _ {i + 1}\right) = P \left(A _ {i} A _ {i + 1}\right) + P \left(B _ {i} A _ {i + 1}\right) = P \left(A _ {i}\right) P \left(A _ {i + 1} \mid A _ {i}\right) + P \left(B _ {i}\right) P \left(A _ {i + 1} \mid B _ {i}\right), $$

即 $p _ { i + 1 } = 0 . 6 p _ { i } + \left( 1 - 0 . 8 \right) \times \left( 1 - p _ { i } \right) = 0 . 4 p _ { i } + 0 . 2$

构造等比数列 $\left\{ p _ { i } + \lambda \right\}$

设 $p _ { i + 1 } + \lambda = \frac { 2 } { 5 } \big ( p _ { i } + \lambda \big )$ ,解得 $\lambda = - \frac 1 3$ ,则 ${ p _ { i + 1 } - { \frac { 1 } { 3 } } = { \frac { 2 } { 5 } } { \bigg ( } { p _ { i } - { \frac { 1 } { 3 } } } { \bigg ) } }$

又 $p _ { 1 } = \frac { 1 } { 2 } , p _ { 1 } - \frac { 1 } { 3 } = \frac { 1 } { 6 }$ ,所以 $\left\{ p _ { i } - { \frac { 1 } { 3 } } \right\}$ 是首项为 $\frac { 1 } { 6 }$ ,公比为 $\frac { 2 } { 5 }$ 的等比数列,

即 $p _ { i } - \frac { 1 } { 3 } = \frac { 1 } { 6 } \times \left( \frac { 2 } { 5 } \right) ^ { i - 1 } , p _ { i } = \frac { 1 } { 6 } \times \left( \frac { 2 } { 5 } \right) ^ { i - 1 } + \frac { 1 } { 3 } .$

【小问3详解】

因为 $p _ { i } = \frac { 1 } { 6 } { \times } \left( \frac { 2 } { 5 } \right) ^ { i - 1 } + \frac { 1 } { 3 } , i = 1 , 2 , \cdots , n$

所以当 $n \in \mathrm { N } ^ { * }$ 时, $E { \bigl ( } Y { \bigr ) } = p _ { 1 } + p _ { 2 } + \cdots + p _ { n } = { \frac { 1 } { 6 } } \times { \frac { 1 - \left( { \frac { 2 } { 5 } } \right) ^ { n } } { 1 - { \frac { 2 } { 5 } } } } + { \frac { n } { 3 } } = { \frac { 5 } { 1 8 } } { \Biggl [ } 1 - \left( { \frac { 2 } { 5 } } \right) ^ { n } { \Biggr ] } + { \frac { n } { 3 } } ,$

故 $E ( Y ) = { \frac { 5 } { 1 8 } } \left\lceil 1 - \left( { \frac { 2 } { 5 } } \right) ^ { n } \right\rceil + { \frac { n } { 3 } }$

【点睛】本题第一问直接考查全概率公式的应用,后两问的解题关键是根据题意找到递推式,然后根据数列的基本知识求解

✅ 来源:2023年 · 全国 · 2023_新课标I卷 · 第 21 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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