独立重复实验与二项分布


前言

相关概念

  • 独立重复试验

一般地,在相同条件下重复做的\(n\)次试验称为\(n\)次独立重复试验。请注意这一概念的抽象性,比如一个狙击手\(10\)次射击,就可以看成做了\(10\)次独立重复试验;再比如取了\(5\)个相同质量的灯泡,相当于做了\(5\)次独立重复试验。

介绍独立重复试验这一概念,是为二项分布做铺垫。

  • 二项分布

一般的,在\(n\)次独立重复试验中,设事件\(A\)发生的次数为\(X\),每次试验中事件\(A\)发生的概率为\(p\),则事件\(A\)恰好发生\(k\)次的概率为\(P(X=k)=C_n^k\cdot p^k\cdot (1-p)^{n-k}\),(\(k=0,1,2,\cdots,n\)),此时称随机变量\(X\)服从二项分布,记为\(X\sim B(n,p)\),并称\(p\)为成功概率。

解释:二项展开式\([p+(1-p)]^n=1\)中,事件\(A\)发生\(k\)次,即对应展开式中的含\(p^k\)的项,其为\(C_n^k\cdot p^k\cdot C_{n-k}^{n-k}\cdot (1-p)^{n-k}\),即\(P(X=k)=C_n^k\cdot p^k\cdot (1-p)^{n-k}\)

若随机变量\(X\)服从二项分布,记为\(X\sim B(n,p)\),则\(E(X)=np\)\(D(X)=np(1-p)\)

简单应用

例1 某吊灯上并联着\(3\)个灯泡,如果在某段时间内每个灯泡能正常工作的概率都是\(0.7\),则在这段时间内吊灯能正常照明的概率是________.

解析:因为\(3\)个灯泡是并联,每个灯泡是否能正常照明是相互独立的,不受其他灯泡的影响,所以可以看成是\(3\)次独立重复试验。

设这段时间内能正常照明的灯泡的个数为\(X\),即随机变量\(X\)服从参数为\(3\)\(0.7\)的二项分布,即\(X\sim B(3,0.7)\)

这段时间内吊灯能照明表示3个灯泡中至少有1个灯泡能正常照明,即\(X>0\)

\(P(X>0)=1-P(X=0)=1-(1-0.7)^3=0.973\)

故这段时间内吊灯能正常照明的概率是为\(0.973\).

引例 比如,某狙击手连续射击\(10\)次,每次击中目标的概率为\(0.99\),试回答以下问题:

①每一次射击的事件\(A_1\)\(A_2\)\(\cdots\)\(A_{10}\)之间的关系是什么?

分析:\(A_1\)\(A_2\)\(\cdots\)\(A_{10}\)之间是相互独立的。

②10次射击中恰好前三次击中目标(事件\(A\))的概率;

分析:\(0.99^3\times0.01^7\)

③10次射击中恰好最后三次击中目标(事件\(B\))的概率。

分析:\(0.99^3\times0.01^7\)

④事件\(A\)与事件\(B\)是什么关系?

分析:互斥,

⑤10次射击中恰好连续三次击中目标(事件\(C\))的概率。

分析:\(8\times0.99^3\times0.01^7\)

⑥事件\(A、B\)与事件\(C\)是什么关系?

分析:事件\(C\)包含事件\(A,B\)

⑦10次射击中恰好有3次击中目标的概率。

分析:\(C_{10}^3\times0.99^3\times0.01^7\),它包含前面的情形。


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