高考数学专项复习：分布列概率中的三大最值问题（三大题型）

微考点7-1分布列概率中的三大最值问题(三大题型)

■题型解密J

题型一：二项分布的转化为数列问题求最值

①当夕给定时，可得到函数/(左)=。,：/(1-2)"工左=0,1,2L〃，这个是数列的最值问题.

Pk=C；pR-p)i=(n-k+T)p=:(1一—)+("+1)夕一左=J+(〃+1)…

Pi-—k(l-p)—k(l-p)—k(l-p),

分析：当左<(〃+1)2时，Pk>Pk_i，随左值的增加而增加；当左〉(〃+1)2时，

pk<pk_x,p/随左值的增加而减少.如果(〃+1)夕为正整数，当左=(〃+1)。时，Pk=Pw此时这两项

概率均为最大值.如果(〃+1)?为非整数，而左取(〃+1)夕的整数部分，则外是唯一的最大值.

注：在二项分布中，若数学期望为整数，则当随机变量上等于期望时，概率最大.

【精选例题】

【例1】某人在11次射击中击中目标的次数为X,若X〜以1108),若尸(X=外最大，贝%=()

A.7B.8C.9D.10

【例2】(多选题)下列选项中正确的是()

A.已知随机变量X服从二项分布'I")，则D(2X)=5

B.口袋中有大小相同的7个红球、2个蓝球和1个黑球，从中任取两个球，记其中红球的个数为随机变量

E(X)=L

x,则X的数学期望5

C.抛掷一枚质地均匀的骰子一次，所得的样本空间为°={123,4,5,6},令事件"={2,3,4},事件

8=[2},则事件A与事件B相互独立

D.某射击运动员每次射击击中目标的概率为0.8,则在9次射击中，最有可能击中的次数是7次

【例3】高中生的数学阅读水平与其数学阅读认知、阅读习惯和方法等密切相关.为了解高中生的数学阅

读现状，调查者在某校随机抽取100名学生发放调查问卷，在问卷中对于学生每周数学阅读时间统计如

下：

时间（X小时/周）00<x<0.50.5<%<1x>\

人数20403010

（1）为了解学生数学阅读时间偏少的原因，采用样本量比例分配的分层随机抽样从这100名学生中随机抽取

10名学生，再从这10人中随机抽取2名进行详细调查，求这2名学生中恰有一人每周数学阅读时间大于

0.5小时的概率；

（2）用频率估计概率，从该校所有学生中随机抽取10名学生，用“'=后）表示这10名学生中恰有

收e电04人W⑼名学生数学阅读时间在（仇词小时的概率，求尸（'=人）取最大值时对应的左的值.

【题型专练】

1.（多选题）某同学共投篮12次，每次投篮命中的概率为0.8,假设每次投篮相互独立，记他投篮命中

的次数为随机变量X,下列选项中正确的是（）

A.*〜8（12,0.8）B.E（X）=9.6c_.0（2^）=3.84D.该同学投篮最有可能命中9次

2.若随机变量X服从二项分布I则使尸（*=外取得最大值时，k=

3.已知随机变量X~B（6,0.8）,若尸（X=k）最大,则。（a+1）=.

4.一年之计在于春，一日之计在于晨，春天是播种的季节，是希望的开端.某种植户对一块地的〃个坑进

行播种，每个坑播3粒种子，每粒种子发芽的概率均为万，且每粒种子是否发芽相互独立.对每一个坑而

言，如果至少有两粒种子发芽，则不需要进行补播种，否则要补播种.则当“=时，有3个坑要补

播种的概率最大，最大概率为.

5.小区为了加强对“新型冠状病毒”的防控，确保居民在小区封闭期间生活不受影响，小区超市采取有力措

施保障居民正常生活物资供应.为做好甲类生活物资的供应，超市对社区居民户每天对甲类生活物资的购买

量进行了调查，得到了以下频率分布直方图.

123456购买量/kg

⑴从小区超市某天购买甲类生活物资的居民户中任意选取5户.若抽取的5户中购买量在口，6](单位：kg

)的户数为2户，从5户中选出3户进行生活情况调查，记3户中需求量在[3,司(单位：kg)的户数为4

,求4的分布列和期望；

(2)将某户某天购买甲类生活物资的量与平均购买量比较，当超出平均购买量不少于06kg时，则该居民户

称为“迫切需求户”，若从小区随机抽取10户，且抽到左户为“迫切需求户”的可能性最大，试求人的值.

题型二：二项分布的转化为导数问题求最值

当上给定时，可得到函数=2)"”,夕e(0,l),这个是函数的最值问题，

这可以用导数求函数最值与最值点.

分析：/'(2)=C：(1-P)"』一p\n-左)(1—pL]

=C小(1-p)"+下(1—p)-(〃一左)p]=Cfpi(1—p),e(k-np).

“k

当左=1,2,…,〃—1时，由于当〃<—时，/'(p)>0,/(p)单调递增，当夕〉一时，/'(p)<0,f(p)

nn

单调递减，故当夕="时，/(0)取得最大值，/(p)111ax=/(").又当p-0J(p)fl，当夕-0时，

nn

/(p)f0,从而/(p)无最小值.

【精选例题】

【例1】(2018年全国1卷).某工厂的某种产品成箱包装，每箱200件，每一箱产品在交付用户之前要

对产品作检验，如检验出不合格品，则更换为合格品.检验时，先从这箱产品中任取2°件作检验，再根

据检验结果决定是否对余下的所有产品作检验，设每件产品为不合格品的概率都为?且各件

产品是否为不合格品相互独立.

（1）记20件产品中恰有2件不合格品的概率为f（P），求的最大值点P。；

（2）现对一箱产品检验了2°件，结果恰有2件不合格品，以（1）中确定的夕。作为°的值.已知每件产

品的检验费用为2元，若有不合格品进入用户手中，则工厂要对每件不合格品支付25元的赔偿费用.

（i）若不对该箱余下的产品作检验，这一箱产品的检验费用与赔偿费用的和记为X,求EX；

（ii）以检验费用与赔偿费用和的期望值为决策依据，是否该对这箱余下的所有产品作检验？

【例2】设离散型随机变量x和y有相同的可能取值，它们的分布列分别为==

P（y=%）=%,4>0,%>0,'12"中石"1指标。（x"y）可用来刻画X和y的相似程

o（xl|y）=tx/n卫

度，其定义为I”.设X〜3（",p）,o<p<l.

⑴若y〜3(",q),o<q<l,求D(X||y)；

,求。吠此）的最小值;

（3）对任意与x有相同可能取值的随机变量y,证明：o（xny）2o,并指出取等号的充要条件

【跟踪训练】

1.某超市推出了一项优惠活动，规则如下：

规则一：顾客在本店消费满100元，返还给顾客10元消费券；

规则二：顾客在本店消费满100元，有一次抽奖的机会，每次中奖，就会有价值20元的奖品.顾客每次

抽奖是否中奖相互独立.

⑴某顾客在该超市消费了300元，进行了3次抽奖，每次中奖的概率均为。.记中奖2次的概率为〃P)

,求八0)取得最大值时，〃的值外.

(2)若某顾客有3次抽奖的机会，且中奖率均为0。，则该顾客选择哪种规则更有利？请说明理由.

2.某单位为了激发党员学习党史的积极性，现利用“学习强国”NP尸中特有的“四人赛”答题活动进行比赛，

活动规则如下：一天内参与“四人赛”活动，仅前两局比赛可获得积分，第一局获胜得3分，第二局获胜得

2分，失败均得1分，小张周一到周五每天都参加了两局“四人赛”活动，已知小张第一局和第二局比赛获

胜的概率分别为F(0<^<1),2,且各局比赛互不影响.

2

p=一

(1)若3,记小张一天中参加“四人赛”活动的得分为X,求X的分布列和数学期望；

(2)设小张在这5天的“四人赛”活动中，恰有3天每天得分不低于4分的概率为〃°),试问当p为何值

时，"0取得最大值.

题型三：超几何分布的概率最值

将从(a+6)件产品中取出〃件产品的可能组合全体作为样本点，总数为CM,.其中，次品出现上次的可能

『

为C：C2N="b,则所求概率为hk(N)=

「k「n-k

a

〃左(N)C'ITN'—aN—nN+an.h,.(A^).n.19.Ar

即一八=N,=--------------------------------.令一八’=%则当仍>左N时，2>1；当an〈kN

4(N—1)C1RdN2-aN-nN+kN”(N—1)

/.I

anctn

时，2<1,即当N<一时，4(N)是关于N的增函数；当N〉一时，4(N)是关于N的减函数.所

kk

以当N=—时，&(N)达到最大值.

k

【精选例题】

【例1】设随机变量"~"(1°，跖1°0°)(24MW992且MeN*),"(2；10,”1000)最大时，"(X)=

()

A.1.98B.1.99C.2.00D.2.01

【例2】（2023届四省联考）一个池塘里的鱼的数目记为N,从池塘里捞出200尾鱼，并给鱼作上标识，

然后把鱼放回池塘里，过一小段时间后再从池塘里捞出500尾鱼，X表示捞出的500尾鱼中有标识的鱼的

数目.

（1）若N=5000,求X的数学期望；

（2）已知捞出的500尾鱼中15尾有标识，试给出N的估计值（以使得RX=15）最大的N的值作为N的

估计值）.

【跟踪训练】

1.2023年中央一号文件指出，艮旋要复兴，乡村必振兴.为助力乡村振兴，某电商平台准备为某地的农副特色产

品开设直播带货专部直播前，此平台用不同的单价试销，并在购买的顾客中进行体验

调本向卷.己知有N（N>30）名热心参与问卷的顾客，此平台决定在直播中专门为他们设置两次抽奖活迹次

抽奖都是由系统独立、随机地从这N名顾客中抽取20名顾客，抽中顾客会有礼品赠送，若直拱时这N名顾

客都在线,记两次抽中的顾客总人数为X（不重复计数）.

（1）若甲是这N名顾客中的一人，且甲被抽中的概率为卷，求N;

（2）求使尸（X=30）取得最大值时的整数N.

■考点过关练■

1.随着春季学期开学，郴州市市场监管局加强了对学校食堂食品安全管理，助力推广校园文明餐桌行

动，培养广大师生文明餐桌新理念，以“小餐桌”带动“大文明”，同时践行绿色发展理念.郴州市某中学食堂

每天都会提供8两种套餐供学生选择（学生只能选择其中的一种），经过统计分析发现：学生第一天

2£

选择/套餐的概率为§，选择8套餐的概率为§.而前一天选择了A套餐的学生第二天选择/套餐的概率

121

为4,选择B套餐的概率为4；前一天选择B套餐的学生第二天选择/套餐的概率为2,选择B套餐的概

率也是万，如此往复.记同学甲第〃天选择B套餐的概率为q.

⑴求同学甲第二天选择B套餐的概率；

（2）证明：数列为等比数列;

（3）从该校所有学生中随机抽取100名学生统计第二天选择去/餐厅就餐的人数X,用P（X=&）表示这

100名学生中恰有左名学生选择去/餐厅就餐的概率，求尸（”=外取最大值时对应的上的值.

2.某研究所研究某一型号疫苗的有效性，研究人员随机选取50只小白鼠注射疫苗，并将白鼠分成5组,

每组10只，观察每组被感染的白鼠数.现用随机变量正（'=1"，…，5）表示第i组被感染的白鼠数，并将随机

变量”的观测值再（'=12…,5）绘制成如图所示的频数分布条形图.若接种疫苗后每只白鼠被感染的概率为

p<pw（°'功，假设每只白鼠是否被感染是相互独立的.记4为事件“X=%（'=12…，5），，.

（1）写出尸（4）（用P表示，组合数不必计算）；

p=L铲_9夕+上

⑵研究团队发现概率〃与参数,（°<,<1）之间的关系为2645.在统计学中，若参数°=4时的

〃值使得概率尸（44444）最大，称°。是夕的最大似然估计，求为.

3.N95型口罩是新型冠状病毒的重要防护用品，它对空气动力学直径上的颗粒的过滤效率达到95%

以上.某防护用品生产厂生产的N95型口罩对空气动力学直径》。^用11的颗粒的过滤效率服从正态分布

2V（0.97,9.025xlO-5）

（1）当质检员随机抽检10只口罩，测量出一只口罩对空气动力学直径20-3同11的颗粒的过滤效率为93.6%

时，他立即要求停止生产，检查设备和工人工作情况.请你根据所学知识，判断该质检员的要求是否有道

理，并说明判断的依据.

(2)该厂将对空气动力学直径20-3叩1的颗粒的过滤效率达到95.1%以上的N95型口罩定义为“优质品”.

(i)求该企业生产的一只口罩为“优质品”的概率；

(ii)该企业生产了1000只这种N95型口罩，且每只口罩互相独立，记X为这1000只口罩中“优质品”的

件数，当X为多少时可能性最大(即概率最大)？

4.汽车尾气排放超标是全球变暖、海平面上升的重要因素.我国近几年着重强调可持续发展，加大在新

能源项目的支持力度，积极推动新能源汽车产业发展，某汽车制造企业对某地区新能源汽车的销售情况进

行调查，得到下面的统计表：

年份，20172018201920202021

年份代码X(X="2°16)12345

销量”万辆1012172026

(1)统计表明销量了与年份代码x有较强的线性相关关系，求y关于x的线性回归方程，并预测该地区新能

源汽车的销量最早在哪一年能突破50万辆；

(2)为了解购车车主的性别与购车种类(分为新能源汽车与传统燃油汽车)的情况，该企业心随机调查了该

地区200位购车车主的购车情况作为样本其中男性车主中购置传统燃油汽车的有•名，购置新能源汽车的

有45名，女性车主中有20名购置传统燃油汽车.

①若W=95,将样本中购置新能源汽车的性别占比作为概率，以样本估计总体，试用(1)中的线性回归

方程预测该地区2023年购置新能源汽车的女性车主的人数(假设每位车主只购买一辆汽车，结果精确到

千人)；

②设男性车主中购置新能源汽车的概率为P,将样本中的频率视为概率，从被调查的所有男性车主中随机

抽取5人，记恰有3人购置新能源汽车的概率为了（"）,求当w为何值时，/（P）最大.

台=旦---------

n

2—2

%~nxA_

附：y=bx+a为回归方程,E,=ia=y-bx

5.学习强国中有两项竞赛答题活动，一项为“双人对战”，另一项为“四人赛”.活动规则如下：一天内参与

“双人对战”活动，仅首局比赛可获得积分，获胜得2分，失败得1分；一天内参与“四人赛”活动，仅前两

局比赛可获得积分，首局获胜得3分，次局获胜得2分，失败均得1分.已知李明参加“双人对战”活动

时，每局比赛获胜的概率为万；参加“四人赛”活动（每天两局）时，第一局和第二局比赛获胜的概率分别

为p,4.李明周一到周五每天都参加了“双人对战”活动和“四人赛”活动（每天两局），各局比赛互不影

响.

（1）求李明这5天参加“双人对战”活动的总得分X的分布列和数学期望；

（2）设李明在这5天的“四人赛”活动（每天两局）中，恰有3天每天得分不低于3分的概率为了他）.求〃

为何值时，/（p）取得最大值.

6.某市居民用天然气实行阶梯价格制度，具体见下表:

阶梯年用气量（立方米）价格（元/立方米）

第一阶梯不超过228的部分3.25

第二阶梯超过228而不超过348的部分3.83

第三阶梯超过348的部分4.70

从该市随机抽取10户（一套住宅为一户）同一年的天然气使用情况，得到统计表如下:

居民用气编号12345678910

11

年用气量（立方米）951061612102