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…——2021 高考数学第 21 题答案解析

2021_新课标II卷

2021 全国 第 21 题 解答题 区分题
2021_新课标II卷

21.

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X表示1个微生物个体繁殖下一代的个数, $P ( X = i ) = p _ { i } ( i = 0 , 1 , 2 , 3 )$

(1)已知 $p _ { 0 } = 0 . 4 , p _ { 1 } = 0 . 3 , p _ { 2 } = 0 . 2 , p _ { 3 } = 0 . 1$ ,求 E X( ) ;

②设 $p$ 表示该种微生物经过多代繁殖后临近灭绝的概率,p是关于x的方程: $p _ { 0 } + p _ { 1 } x + p _ { 2 } x ^ { 2 } + p _ { 3 } x ^ { 3 } = x$ 的一个最小正实根,求证:当 $E ( X ) \leq 1$ 时,p =1,当 $E ( X ) > 1$ 时, $p < 1$ ;

(3)根据你的理解说明②问结论的实际含义

参考答案

(1) 1; (2) 见解析; (3) 见解析

查看原卷 →
题目指纹

这道题真正考什么?

难度
区分题
先及格路线 · 高中数学 · 高难题

如果目标是先及格,这道题现在可以先放。

先把常见基础得分点练稳,再回来处理综合题。

完整解析 · 逐步详解

【答案】(1)1;(2)见解析;(3)见解析.

【解析】

【分析】(1)利用公式计算可得 E X( ).

(2)利用导数讨论函数的单调性,结合 $f ( 1 ) = 0$ 及极值点的范围可得 f(x)的最小正零点.

(3)利用期望的意义及根的范围可得相应的理解说明.

【详解】① $E ( X ) = 0 \times 0 . 4 + 1 \times 0 . 3 + 2 \times 0 . 2 + 3 \times 0 . 1 = 1$

> ②设 $f \left( x \right) = p _ { 3 } x ^ { 3 } + p _ { 2 } x ^ { 2 } + \left( p _ { 1 } - 1 \right) x + p _ { 0 }$

因为 $p _ { 3 } + p _ { 2 } + p _ { 1 } + p _ { 0 } = 1$ ,故 $f \left( x \right) = p _ { 3 } x ^ { 3 } + p _ { 2 } x ^ { 2 } - \left( p _ { 2 } + p _ { 0 } + p _ { 3 } \right) x + p _ { 0 }$

若 $E ( X ) \leq 1$ ,则 $p _ { 1 } + 2 p _ { 2 } + 3 p _ { 3 } \leq 1$ ,故 $p _ { 2 } + 2 p _ { 3 } \leq p _ { 0 }$

$$ f ^ { \prime } \left( x \right) = 3 p _ { 3 } x ^ { 2 } + 2 p _ { 2 } x - \left( p _ { 2 } + p _ { 0 } + p _ { 3 } \right) , $$

因为 $f ^ { \prime } \left( 0 \right) = - \left( p _ { 2 } + p _ { 0 } + p _ { 3 } \right) < 0 , f ^ { \prime } \left( 1 \right) = p _ { 2 } + 2 p _ { 3 } - p _ { 0 } \leq 0$

故 $f ^ { \prime } ( x )$ 有两个不同零点 $x _ { 1 } , x _ { 2 }$ ,且 $x _ { 1 } < 0 < 1 \leq x _ { 2 }$

且 $x \in \left( - \infty , x _ { 1 } \right) \cup \left( x _ { 2 } , + \infty \right)$ 时, $f ^ { \prime } ( x ) > 0 ; x \in \left( x _ { 1 } , x _ { 2 } \right)$ 时, $f ^ { \prime } ( x ) < 0$

故 $f \left( x \right) \ast \left( - \infty , x _ { 1 } \right) , \left( x _ { 2 } , + \infty \right)$ 上为增函数,在 $\left( x _ { 1 } , x _ { 2 } \right)$ 上为减函数,

若 $x _ { 2 } = 1$ ,因为 f(x)在 $\left( x _ { 2 } , + \infty \right)$ 为增函数且 $f ( 1 ) = 0$

而当 $x \in \left( 0 , x _ { 2 } \right)$ 时,因为 f(x)在 $\left( x _ { 1 } , x _ { 2 } \right)$ 上为减函数,故 $f \left( x \right) > f \left( x _ { 2 } \right) = f \left( 1 \right) = 0$

故1为 $p _ { 0 } + p _ { 1 } x + p _ { 2 } x ^ { 2 } + p _ { 3 } x ^ { 3 } = x$ 的一个最小正实根,

若 $x _ { 2 } > 1$ ,因为f(1)=0且在(0,x2)上为减函数,故1为 $p _ { 0 } + p _ { 1 } x + p _ { 2 } x ^ { 2 } + p _ { 3 } x ^ { 3 } = x$ 的一个最小正实根,

综上,若 $E ( X ) \leq 1$ ,则 p =1.

若 $E ( X ) > 1$ ,则 $p _ { 1 } + 2 p _ { 2 } + 3 p _ { 3 } > 1$ ,故 $p _ { 2 } + 2 p _ { 3 } > p _ { 0 }$

此时 $f ^ { \prime } \left( 0 \right) = - \left( p _ { 2 } + p _ { 0 } + p _ { 3 } \right) < 0 , f ^ { \prime } \left( 1 \right) = p _ { 2 } + 2 p _ { 3 } - p _ { 0 } > 0$

故f′(x)有两个不同零点 $x _ { 3 } , x _ { 4 }$ ,且 $x _ { 3 } < 0 < x _ { 4 } < 1$

且 $x \in \left( - \infty , x _ { 3 } \right) \cup \left( x _ { 4 } , + \infty \right)$ 时, $f ^ { \prime } \left( x \right) > 0 ; x \in \left( x _ { 3 } , x _ { 4 } \right) \mathbb { H } ^ { } , f ^ { \prime } \left( x \right) < 0$

故 f(x)在 $\left( - \infty , x _ { 3 } \right) , \left( x _ { 4 } , + \infty \right)$ 上为增函数,在 $\left( x _ { 3 } , x _ { 4 } \right)$ 上为减函数,

而f(1)=0,故 $f \left( x _ { 4 } \right) < 0$

$\mathbb { X } f ( 0 ) = p _ { 0 } > 0$ ,故f(x)在(0,x4)存在一个零点p,且 $p < 1$ .

所以 <sup>p</sup> 为 $p _ { 0 } + p _ { 1 } x + p _ { 2 } x ^ { 2 } + p _ { 3 } x ^ { 3 } = x$ 的一个最小正实根,此时 $p < 1$

故当E(X)>1时, $p < 1$

(3)意义:每一个该种微生物繁殖后代的平均数不超过1,则若干代必然灭绝,若繁殖后代的平均数超过1,则若干代后被灭绝的概率小于1.

✅ 来源:2021年 · 全国 · 2021_新课标II卷 · 第 21 题 · 本题已通过全部自动发布校验

同类专题与考点

返回上层