格物学 第七章 随机变量及其分布7.3 离散型随机变量的数字特征

离散型随机变量的方差、标准差-7.3 离散型随机变量的数字特征知识点考前进阶选择题自测题解析-黑龙江省等高三数学选择必修,平均正确率48.0%

2025-07-21
离散型随机变量的方差、标准差-7.3 离散型随机变量的数字特征知识点考前进阶选择题自测题解析-黑龙江省等高三数学选择必修,平均正确率48.0%
1、['离散型随机变量的方差、标准差']

正确率60.0%已知随机变量$${{X}}$$的分布列为

$${{X}}$$ $${{a}}$$ $${{1}}$$ $${{2}}$$
$${{P}}$$ $$\frac{1} {2}$$ $${{a}}$$ $${{b}}$$
则$${{D}{(}{X}{)}}$$的取值范围是(

D

A.$$[-3, ~+\infty)$$

B.$$[-3, ~ 1 )$$

C.$$\left( \frac{1} {1 6}, ~+\infty\right)$$

D.$$\left( \frac{1} {1 6}, 1 \right)$$

2、['离散型随机变量的分布列及其性质', '离散型随机变量的方差、标准差']

正确率60.0%随机变量$${{X}}$$的分布列为

$${{X}}$$ $${{0}}$$ $${{1}}$$ $${{2}}$$
$${{P}}$$ $${{a}}$$ $$\frac{b} {2}$$ $$\frac{b} {2}$$
其中$$a b \neq0,$$下列说法不正确的是(

C

A.$$a+b=1$$

B.$$E ( X )=\frac{3 b} {2}$$

C.$${{D}{(}{X}{)}}$$随$${{b}}$$的增大而减小

D.$${{D}{(}{X}{)}}$$有最大值

3、['离散型随机变量的均值或数学期望', '离散型随机变量的方差、标准差']

正确率60.0%抛掷一枚硬币,规定正面向上得$${{1}}$$分,反面向上得$${{−}{1}}$$分,则得分$${{X}}$$的均值与方差分别为(

A

A.$$E ( X )=0, \, \, \, D ( X )=1$$

B.$$E ( X )=0. 5, \, \, \, D ( X )=0. 5$$

C.$$E ( X )=0, \, \, \, D ( X )=0. 5$$

D.$$E ( X )=0. 5, \, \, \, D ( X )=1$$

4、['二项分布的期望和方差', '离散型随机变量的均值或数学期望', '离散型随机变量的方差的性质', '离散型随机变量的方差、标准差', '离散型随机变量的均值的性质']

正确率40.0%一台仪器每启动一次都随机地出现一个$${{3}}$$位的二进制数$$A=\boxed{a_{1}} ~ ~ \boxed{a_{2}} ~ ~ \boxed{a_{3}}$$​,其中$${{A}}$$的各位数字中,$$a_{k} \left( k=1, 2, 3 \right)$$出现$${{0}}$$的概率为$$\frac{1} {3},$$出现$${{1}}$$的概率为$$\begin{array} {l l} {\frac{2} {3}} \\ \end{array}$$.若启动一次出现的数字为$${{1}{0}{0}{,}}$$则称这次试验成功.若成功一次得$${{2}}$$分,失败一次得$${{−}{1}}$$分,则$${{8}{1}}$$次这样的重复试验的总得分$${{X}}$$的数学期望和方差分别为(

B

A.$$- 6 3, ~ \frac{5 0} {9}$$

B.$${{−}{{6}{3}}{,}{{5}{0}}}$$

C.$$6, ~ \frac{5 0} {9}$$

D.$${{6}{,}{{5}{0}}}$$

5、['离散型随机变量的分布列及其性质', '离散型随机变量的均值或数学期望', '事件的互斥与对立', '离散型随机变量的方差、标准差']

正确率40.0%在一个箱子中装有大小形状完全相同的$${{4}}$$个白球和$${{3}}$$个黑球,现从中有放回的摸取$${{5}}$$次,每次随机摸取一球,设摸得的白球个数为$${{X}}$$,黑球个数为$${{Y}}$$,则(

C

A.$$E ~ ( X ) ~ > E ~ ( Y ) ~, ~ D ~ ( X ) ~ > D ~ ( Y )$$

B.$$E ~ ( X ) ~=E ~ ( Y ) ~, ~ D ~ ( X ) ~ > D ~ ( Y )$$

C.$$E ~ ( X ) ~ > E ~ ( Y ) ~, ~ D ~ ( X ) ~=D ~ ( Y )$$

D.$$E ~ ( X ) ~=E ~ ( Y ) ~, ~ D ~ ( X ) ~=D ~ ( Y )$$

6、['离散型随机变量的均值或数学期望', '离散型随机变量的方差、标准差']

正确率60.0%已知$${{X}}$$为离散型随机变量,且$$P ( X=x_{i} )=p_{i} ($$其中$$x_{i} > 0, \, \, i=1, 2, 3 \cdots, 2 0 )$$,若$$\sum_{i=1}^{2 0} x_{i}^{2} p_{i}=9 0, \, \, \, D ( X )=5 4.$$则$$E ( X )=\alpha$$

A

A.$${{6}}$$

B.$${\frac{9} {5}} \sqrt{1 0}$$

C.$${{5}{\sqrt {6}}}$$

D.$${{1}{2}}$$

7、['正态分布及概率密度函数', '离散型随机变量的均值或数学期望', '离散型随机变量的方差、标准差']

正确率40.0%已知:$$X \sim N ( \mu, \delta^{2} )$$,且$$E X=5, ~ ~ D X=4$$,则$$P ( 3 < x \leqslant7 ) \approx( \textsubscript{\textit{j}} )$$

C

A.$$0. 0 4 5 6$$

B.$${{0}{.}{5}{0}}$$

C.$$0. 6 8 2 6$$

D.$$0. 9 5 4 4$$

8、['分层随机抽样的概念', '离散型随机变量的方差、标准差', '样本相关系数与相关程度', '一元线性回归模型']

正确率40.0%下列说法中正确的是(

A

A.若一组数据$$1, ~ a, ~ 3$$的平均数是$${{2}}$$,则该组数据的方差是$$\begin{array} {l l} {\frac{2} {3}} \\ \end{array}$$

B.线性回归直线不一定过样本中心点$$( \overline{{x}}, \ \overline{{y}} )$$

C.若两个随机变量的线性相关性越强,则相关系数$${{r}}$$的值越接近于$${{1}}$$

D.先把高三年级的$${{2}{0}{0}{0}}$$名学生编号:$${{1}}$$到$${{2}{0}{0}{0}}$$,再从编号为$${{1}}$$到$${{5}{0}}$$的$${{5}{0}}$$名学生中随机抽取$${{1}}$$名学生,其编号为$${{m}}$$,然后抽取编号为的学生,这样的抽样方法是分层抽样

9、['离散型随机变量的均值或数学期望', '离散型随机变量的方差、标准差', '概率的基本性质']

正确率40.0%已知离散型随机变量$${{X}}$$的分布列如下:

$${{X}}$$ $${{0}}$$ $${{1}}$$ $${{2}}$$
$${{P}}$$ $${{x}}$$ $${{4}{x}}$$ $${{5}{x}}$$
由此可以得到期望$${{E}{(}{X}{)}}$$与方差$${{D}{(}{X}{)}}$$分别为$${{(}{)}}$$

C

A.$$E ( X )=1. 4, \, \, D ( X )=0. 2$$

B.$$E ( X )=0. 4 4, \, \, \, D ( X )=1. 4$$

C.$$E ( X )=1. 4, ~ D ( X )=0. 4 4$$

D.$$E ( X )=0. 4 4, \, \, \, D ( X )=0. 2$$

10、['离散型随机变量的均值或数学期望', '离散型随机变量的方差、标准差']

正确率40.0%设$$0 < a < 1$$,则随机变量$${{X}}$$的分布列是:

$${{X}}$$ $${{0}}$$ $${{a}}$$ $${{1}}$$
$${{P}}$$ $$\frac{1} {3}$$ $$\frac{1} {3}$$ $$\frac{1} {3}$$
则当$${{a}}$$在$$( 0, 1 )$$内增大时(

D

A.$${{D}{(}{X}{)}}$$增大

B.$${{D}{(}{X}{)}}$$减小

C.$${{D}{(}{X}{)}}$$先增大后减小

D.$${{D}{(}{X}{)}}$$先减小后增大

1. 解析:

首先根据分布列的性质,概率之和为1:$$\frac{1}{2} + a + b = 1 \Rightarrow a + b = \frac{1}{2}$$

期望 $$E(X)$$ 计算为:$$E(X) = a \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot a + 2 \cdot b = \frac{a}{2} + a + 2b = \frac{3a}{2} + 2b$$

将 $$b = \frac{1}{2} - a$$ 代入得:$$E(X) = \frac{3a}{2} + 2\left(\frac{1}{2} - a\right) = \frac{3a}{2} + 1 - 2a = 1 - \frac{a}{2}$$

方差 $$D(X)$$ 计算为:$$D(X) = E(X^2) - [E(X)]^2$$

其中 $$E(X^2) = a^2 \cdot \frac{1}{2} + 1^2 \cdot a + 2^2 \cdot b = \frac{a^2}{2} + a + 4b$$

代入 $$b = \frac{1}{2} - a$$ 得:$$E(X^2) = \frac{a^2}{2} + a + 4\left(\frac{1}{2} - a\right) = \frac{a^2}{2} + a + 2 - 4a = \frac{a^2}{2} - 3a + 2$$

因此,$$D(X) = \left(\frac{a^2}{2} - 3a + 2\right) - \left(1 - \frac{a}{2}\right)^2 = \frac{a^2}{2} - 3a + 2 - \left(1 - a + \frac{a^2}{4}\right) = \frac{a^2}{4} - 2a + 1$$

由于 $$a + b = \frac{1}{2}$$ 且 $$a, b \geq 0$$,得 $$0 \leq a \leq \frac{1}{2}$$。

$$D(X) = \frac{a^2}{4} - 2a + 1$$ 在 $$a \in [0, \frac{1}{2}]$$ 的最小值为 $$a = \frac{1}{2}$$ 时:$$D(X) = \frac{1}{16} - 1 + 1 = \frac{1}{16}$$,最大值在 $$a = 0$$ 时为 1。

因此 $$D(X) \in \left(\frac{1}{16}, 1\right)$$,答案为 D

2. 解析:

根据分布列性质,概率之和为1:$$a + \frac{b}{2} + \frac{b}{2} = 1 \Rightarrow a + b = 1$$,选项 A 正确。

期望 $$E(X) = 0 \cdot a + 1 \cdot \frac{b}{2} + 2 \cdot \frac{b}{2} = \frac{b}{2} + b = \frac{3b}{2}$$,选项 B 正确。

方差 $$D(X) = E(X^2) - [E(X)]^2 = \left(0^2 \cdot a + 1^2 \cdot \frac{b}{2} + 2^2 \cdot \frac{b}{2}\right) - \left(\frac{3b}{2}\right)^2 = \frac{b}{2} + 2b - \frac{9b^2}{4} = \frac{5b}{2} - \frac{9b^2}{4}$$

对 $$D(X)$$ 关于 $$b$$ 求导:$$\frac{dD(X)}{db} = \frac{5}{2} - \frac{9b}{2}$$,令导数为0得 $$b = \frac{5}{9}$$。

由于二次项系数为负,$$D(X)$$ 在 $$b = \frac{5}{9}$$ 处取得最大值,之后随 $$b$$ 增大而减小。因此选项 C 不完全正确,选项 D 正确。

题目要求选择不正确的选项,答案为 C

3. 解析:

设硬币正面概率为 $$p = \frac{1}{2}$$,反面概率为 $$q = \frac{1}{2}$$。

期望 $$E(X) = 1 \cdot \frac{1}{2} + (-1) \cdot \frac{1}{2} = 0$$。

方差 $$D(X) = E(X^2) - [E(X)]^2 = 1^2 \cdot \frac{1}{2} + (-1)^2 \cdot \frac{1}{2} - 0 = 1$$。

答案为 A

4. 解析:

成功概率 $$P(\text{100}) = P(a_1=1) \cdot P(a_2=0) \cdot P(a_3=0) = \frac{2}{3} \cdot \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{3} = \frac{2}{27}$$。

设单次试验得分 $$Y$$,则 $$Y$$ 的期望:$$E(Y) = 2 \cdot \frac{2}{27} + (-1) \cdot \frac{25}{27} = \frac{4}{27} - \frac{25}{27} = -\frac{21}{27} = -\frac{7}{9}$$。

81 次试验总期望:$$E(X) = 81 \cdot E(Y) = 81 \cdot \left(-\frac{7}{9}\right) = -63$$。

单次试验方差:$$D(Y) = E(Y^2) - [E(Y)]^2 = 4 \cdot \frac{2}{27} + 1 \cdot \frac{25}{27} - \left(-\frac{7}{9}\right)^2 = \frac{8}{27} + \frac{25}{27} - \frac{49}{81} = \frac{33}{27} - \frac{49}{81} = \frac{99 - 49}{81} = \frac{50}{81}$$。

81 次试验总方差:$$D(X) = 81 \cdot D(Y) = 81 \cdot \frac{50}{81} = 50$$。

答案为 B

5. 解析:

每次摸到白球的概率 $$p = \frac{4}{7}$$,黑球的概率 $$q = \frac{3}{7}$$。

$$X \sim B(5, \frac{4}{7})$$,$$Y \sim B(5, \frac{3}{7})$$。

期望:$$E(X) = 5 \cdot \frac{4}{7} = \frac{20}{7}$$,$$E(Y) = 5 \cdot \frac{3}{7} = \frac{15}{7}$$,故 $$E(X) > E(Y)$$。

方差:$$D(X) = 5 \cdot \frac{4}{7} \cdot \frac{3}{7} = \frac{60}{49}$$,$$D(Y) = 5 \cdot \frac{3}{7} \cdot \frac{4}{7} = \frac{60}{49}$$,故 $$D(X) = D(Y)$$。

答案为 C

6. 解析:

已知 $$\sum x_i^2 p_i = 90$$,$$D(X) = 54$$。

由方差公式:$$D(X) = E(X^2) - [E(X)]^2 \Rightarrow 54 = 90 - \alpha^2 \Rightarrow \alpha^2 = 36 \Rightarrow \alpha = 6$$。

答案为 A

7. 解析:

$$X \sim N(5, 4)$$,标准差 $$\delta = 2$$。

$$P(3 < X \leq 7) = P\left(\frac{3-5}{2} < Z \leq \frac{7-5}{2}\right) = P(-1 < Z \leq 1) \approx 0.6826$$。

答案为 C

8. 解析:

A:数据 $$1, a, 3$$ 的平均数为2,则 $$a = 2$$,方差 $$\frac{(1-2)^2 + (2-2)^2 + (3-2)^2}{3} = \frac{2}{3}$$,正确。

B:线性回归直线必过样本中心点 $$(\overline{x}, \overline{y})$$,错误。

C:相关系数 $$r$$ 的绝对值越接近1,线性相关性越强,但 $$r$$ 可以是负值,错误。

D:描述的是系统抽样,不是分层抽样,错误。

答案为 A

9. 解析:

概率之和为1:$$x + 4x + 5x = 1 \Rightarrow x = 0.1$$。

分布列为:

$$X$$012
$$P$$0.10.40.5

期望:$$E(X) = 0 \cdot 0.1 + 1 \cdot 0.4 + 2 \cdot 0.5 = 1.4$$。

方差:$$E(X^2) = 0^2 \cdot 0.1 + 1^2 \cdot 0.4 + 2^2 \cdot 0.5 = 2.4$$,$$D(X) = 2.4 - 1.4^2 = 0.44$$。

答案为 C

10. 解析:

期望 $$E(X) = 0 \cdot \frac{1}{3} + a \cdot \frac{1}{3} + 1 \cdot \frac{1}{3} = \frac{a + 1}{3}$$。

方差 $$D(X) = E(X^2) - [E(X)]^2 = \left(0^2 \cdot \frac{1}{3} + a^2 \cdot \frac{1}{3} + 1^2 \cdot \frac{1}{3}\right) - \left(\frac{a + 1}{3}\right)^2 = \frac{a^2 + 1}{3} - \frac{(a + 1)^2}{9}$$

化简得:$$D(X) = \frac{2a^2 - 2a + 2}{9}$$。

对 $$D(X)$$ 关于 $$a$$ 求导:$$\frac{dD(X)}{da} = \frac{4a - 2}{9}$$,令导数为0得 $$a = \frac{1}{2}$$。

当 $$a \in (0, \frac{1}{2})$$,导数小于0,$$D(X)$$ 减小;当 $$a \in (\frac{1}{2}, 1)$$,导数大于0,$$D(X)$$ 增大。

因此 $$D(X)$$ 先减小后增大,答案为 D

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