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篮,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 $E\left(\sum_{i=1}^{n} X_{i}\right)=\sum_{i=1}^{n} q_{i}$ .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 $E(Y)$ 。
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)
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)$E(Y)=\frac{5}{18}\left[1-\left(\frac{2}{5}\right)^{n}\right]+\frac{n}{3}$
## 【解析】
【分析】(1)根据全概率公式即可求出;
②设 $P\left(A_{i}\right)=p_{i}$ ,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 $A_{i}$ ,"第 i 次投篮的人是乙"为事件 $B_{i}$ ,
所以,$P\left(B_{2}\right)=P\left(A_{1} B_{2}\right)+P\left(B_{1} B_{2}\right)=P\left(A_{1}\right) P\left(B_{2} \mid A_{1}\right)+P\left(B_{1}\right) P\left(B_{2} \mid B_{1}\right)$
$=0.5 \times(1-0.6)+0.5 \times 0.8=0.6$ .
## 【小问 2 详解】
设 $P\left(A_{i}\right)=p_{i}$ ,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 $p_{i+1}=0.6 p_{i}+(1-0.8) \times\left(1-p_{i}\right)=0.4 p_{i}+0.2$ ,
构造等比数列 $\left\{p_{i}+\lambda\right\}$ ,
设 $p_{i+1}+\lambda=\frac{2}{5}\left(p_{i}+\lambda\right)$ ,解得 $\lambda=-\frac{1}{3}$ ,则 $p_{i+1}-\frac{1}{3}=\frac{2}{5}\left(p_{i}-\frac{1}{3}\right)$ ,
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,$E(Y)=p_{1}+p_{2}+\cdots+p_{n}=\frac{1}{6} \times \frac{1-\left(\frac{2}{5}\right)^{n}}{1-\frac{2}{5}}+\frac{n}{3}=\frac{5}{18}\left[1-\left(\frac{2}{5}\right)^{n}\right]+\frac{n}{3}$ ,
故 $E(Y)=\frac{5}{18}\left[1-\left(\frac{2}{5}\right)^{n}\right]+\frac{n}{3}$ .
【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.