7.2 离散型随机变量及其分布列
人教 A 版 · 本节 6 页原书扫描(原文)+ 本站重写的讲解与习题详解考过 15 题 ↓
原书扫描页(人教 A 版原文)






本节的知识树
1 概念 · 最深 1 层。根是引本节作教材出处的实体,长链由 `prereqs` 构建期派生——源里只有最小一步。
考过本节的真题
共 15 道
- 浙江 2008 · q19三色球:白球几个、、与「至少一黑」的上界 · 「至少一个」永远先翻成「一个都没有」经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2009 · q19 取三数 · 分堆硬数 / 好数的先数期望用指示变量 / 间隔换元一次数清经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2010 · q19官方解析没写的那一步——三个出口的概率是从管道图上一层层灌出来的经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2011 · q15一个概率定出 ,然后期望有三种算法——最快的那种连分布列都不用写经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2012 · q19每个球都有 分底薪——,而 是标准超几何分布;期望只需「总分 抽取比例」经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2013 · q19第(2)问的答案 ,正是第(1)问那只袋子 —— 换成概率设元,分母当场消失经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2014 · q09个数在涨、占比在跌 · 与 经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2014 · q12三个取值两个方程 · 期望落在正中间,方差就是两端概率之和经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2017 · q08两点分布比期望与方差 · 代定义算出 E 与 D 再作差定号,或把两者都看成 p 的函数读单调性经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2018 · q07质量从 0 滑到 2 · 把 配成开口向下的二次函数经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2019 · q07三点等概率、中间那个点会动 · 把 D(X) 配成 a 的二次函数,或先用 a↔1−a 的对称性砍掉两个选项经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2020 · q16抽到红球即停的黄球数 · 把不放回抽取看成一个排列,只看红与两黄的相对次序经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2021 · q15袋中取两球数红球 · 两个概率定住球数,再列分布列或拆指示变量求期望经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2022 · q15抽三张卡看最小数字 · 逐值列分布列,或改数「不小于 k」经由 离散型随机变量的分布列
- 浙江 2025 · q14有放回取三次出现几个不同球 · 硬算分布列,或拆成 5 个 0-1 变量经由 离散型随机变量的分布列
讲解
本站对这一节的重写(不是原书转写):顺序可重组、推导可补全,目标是易读易学 + 与真题关联。原文以上方扫描图为准。
前面算概率,每换一个背景就要重新搭一个样本空间:摸球的样本点是球的颜色,投篮的样本点是中与不中, 考试的样本点是五个等级。背景各不相同,就没法用同一套工具处理。 这一节做的事只有一件—— 给每个样本点安一个实数,把”随机现象”翻译成”随机取值的变量”,从此不同背景的概率问题就变成了 同一种数学问题。
这一份按”为什么要引入 → 随机变量是什么 → 分布列是什么 → 怎么求一张分布列”的顺序讲。 课本的顺序大体如此,这里主要补两件事:随机变量与函数的类比(课本点了一句,值得展开), 以及求分布列的固定流程(课本分散在三个例题里,这里抽成四步)。
一、随机变量:给样本点安一个实数
定义。 对于随机试验样本空间 中的每个样本点 ,都有唯一的实数 与之对应,称 为随机变量。可能取值为有限个或可以一一列举的随机变量, 称为离散型随机变量。
有两种情形,值得分开看:
-
样本点本身就带数值,直接对应即可。掷一枚骰子,用 表示”掷出的点数为 ”; 掷两枚骰子,用 表示点数之和。
-
样本点与数值无关,那就按问题的需要指定一个数。随机抽一件产品,结果只有”次品""正品”, 于是定义
用 1 与 0 不是天经地义的,是为了后面好算:这么定之后,“次品件数”这件事就能直接相加。
与函数的类比(这是理解它最快的路)
课本说”随机变量的定义与函数的定义类似”,这句话可以对得更细:
| 函数 | 随机变量 |
|---|---|
| 自变量 | 样本点 |
| 定义域(一个数集) | 样本空间 (不一定是数集) |
| 因变量 | 实数 |
| 对应法则 | 对应法则 |
唯一的不同就是那一行加粗的:函数的定义域是数集,随机变量的”定义域”可以是任何东西—— 可以是”正面朝上”,可以是”良”,可以是一串 0 和 1。正因为如此,它才能把千奇百怪的试验都收进来。
一个直接的好处是事件可以用式子写了。掷骰子、 表示点数,那么
- “掷出 点”就是 ;
- “掷出的点数不大于 2”就是 ;
- “掷出偶数点”就是 。
从此再复杂的事件也只是关于 的一个不等式或几个集合的并。
离散型与非离散型:判据是”能不能一一列举”
课本的探究给了两个例子:从 100 个元件里抽 3 个检验、 是次品数(取值 ,有限个); 抛硬币直到出现正面、 是抛掷次数(取值 ,无限个但可以一一列举)。 两者都是离散型。
不是离散型的例子:测量误差、电视机寿命、零件长度——它们的取值充满某个区间,列不出来。 判据不是”有限还是无限”,是能不能排成一列。本节只研究取有限个值的离散型随机变量; 连续型的一个重要例子(正态分布)在 §7.5。
二、分布列:把”取每个值的概率”列全
设离散型随机变量 的可能取值为 ,称 取每一个值 的概率
为 的概率分布列,简称分布列。
它可以写成一串等式,也可以列成一张两行的表(第一行是取值、第二行是概率),还可以画成 概率分布图。三种形态说的是同一件事,考试里写表格最省事。
两条性质(由概率的性质直接得到):
第 (2) 条是本节最有用的一句话,它有三种用法,缺一不可:
- 自查:列完分布列先把概率加一遍,不等于 1 就一定有地方错了(多半是漏了一种取值);
- 求参数:题目把某个概率写成字母 ,用”和为 1”解出来;
- 判真伪:给你一张表问”这位同学算得对不对”,先看有没有负数(性质 1),再看和是不是 1。
有了分布列,任何由 表示的事件的概率都能算出来——把落在事件里的那几项概率加起来即可 (这些取值互不相同,对应的事件两两互斥,可以直接用加法公式):
一个必须叫得出名字的分布:两点分布
只有两个可能结果的随机试验,用 表示”成功”、 表示”失败”,定义
若 ,则分布列是 、,称 服从两点分布 (也叫 0-1 分布)。
它看着简单到不像个知识点,但它是后面所有计数型问题的原子: 就是”一次试验中成功的次数”, 把若干个这样的 加起来,就得到二项分布(§7.4)、就能用期望的可加性(§7.3)。 彩券中不中奖、婴儿性别、投篮中不中,都是它。
三、求一张分布列的四步
课本三个例题的做法可以抽成同一个流程。照这四步走,格式分与思路分都不会丢:
第 1 步:说清 是什么。 “设挑选的 2 台电脑中 A 品牌的台数为 “——这一句要写出来, 后面所有概率才有指代。
第 2 步:把可能取值一个不漏地列出来。 这是最容易失分的一步。方法是取两端再取中间: 最小能是多少、最大能是多少、中间是不是每个整数都取得到。例 3 里 10 台电脑(A 品牌 3 台)挑 2 台, 最小是 0、最大是 2(A 品牌只有 3 台但只挑 2 台),故取值为 。
第 3 步:逐个算概率。 用什么工具由背景定——古典概型就数组合数,独立试验就连乘。 例 3 是古典概型:
第 4 步:列表 + 核和。 把结果排成表,并把概率加一遍: ,通过。
第 3 步的一条经验:分母一旦定了(这里是 ,约分前的总数), 所有分子加起来必须等于它。$\mathrm{C}_3^0\mathrm{C}_7^2 + \mathrm{C}_3^1\mathrm{C}_7^1
- \mathrm{C}_3^2\mathrm{C}_7^0 = 21 + 21 + 3 = 45$,对上了再约分。 约分之前先核和,比约完再核好查得多。
反过来的那一类:一张分布列有几个自由度
四步法解决的是”从背景造出分布列”。考场上还有反向的一类:表格已经摆在那儿了, 只是有几个格子空着,题目给你几个条件让你把它填满。这一类该先数的不是组合数, 而是自由度。
个取值就是 个未知概率。但 是白送的一个方程,所以
要把一张 行的分布列钉死,除了概率和,还需要 个独立条件。 两点分布只有一个参数 ,正是 时的 ; 就要两个条件。
哪些东西算一个条件?
- 直接给某个 ——最省事的一个方程;
- 给 ——关于诸 的一次方程(见 §7.3 讲解第一段的”平衡点”读法);
- 给 ——二次方程,可能解出两组,得拿 去筛掉一组;
- 给”某两项相等""某项是另一项的两倍”这类关系——也各算一个。
数完自由度再动笔,能免掉两种常见的浪费:条件够了却还在到处找关系(其实已经可以直接解), 以及条件不够却硬要把分布列解出来。
后一种情形还有一句要补:分布列没被钉死,不等于这道题做不了。 被问的那个量可能只依赖已知的那几个组合。例如取值 只给了 时, 三个概率并不唯一,但”两端等概”这个关系是定的,凡是只用到它的问题照样有唯一答案。 先看问的是什么,再决定要不要把表填满。
四、易错清单
按失分频率排:
- 取值漏一个或多一个。 例如”至少有一件次品”型的题, 能不能取 0 要看题; 摸球问题里能不能取到最大值要看袋里够不够。取值列错,后面全错。
- 没核概率和。 花五秒钟加一遍,能挡住绝大多数错误。
- 把”事件”和”取值”混为一谈。 是一个事件, 是一个数; 写 是错的,要写 。
- 该定义随机变量却直接算概率。 题目问”是否为离散型随机变量、应该如何定义”时, 要写出分段的定义式(如”取得优秀记 1,否则记 0”),而不是只答一句”是”。
- 连续量当成离散型。 跑 1 km 所花的时间、饮料的实际含量与规定含量之差, 取值充满一个区间,不是离散型随机变量。要把它变成离散型,得先对它分段赋值。
- 古典概型的分母写错。 “从 10 台里挑 2 台”的总数是 (不分先后), 不是 。
五、这一节考过的真题(怎么用它们)
页面下方”考过本节的真题”那一段是构建期派生出来的完整清单。这一节的定位要说清楚: 分布列本身几乎从不单独成题,它是解答题的第一问、填空题的中间步骤。 所以练它的标准不是”会不会”,而是快不快、全不全。
-
2022 年浙江卷第 15 题(7 张卡片写着 ,任取 3 张,记最小值为 , 求 与 )是本节四步法的标准演练: 的取值是 (最小值不可能是 5 或 6——取 3 张时,比 5 大的数只有 6 这一个,凑不满), 每个概率都是一个组合数之比,分母统一是 。 第 2 步就是这道题的门槛:两张写着 2 的卡片是两张不同的卡片,数取法时要当作两个元素, 但它们给出的 值相同、要合并到同一项里去。
-
2025 年新课标Ⅰ卷第 14 题(5 个球有放回取三次,记至少取出一次的球的个数为 ,求 ) 也要先有分布列: 的取值是 (三次至少覆盖 1 个球、至多 3 个),总数 。 这道题同时也是”能不能绕开分布列”的例子(见 §7.3 讲解第四段),两条路都值得走一遍。
-
2014 年浙江卷(理)第 9 题(甲盒原有 1 个红球,从乙盒不放回地抓 个放进去, 记甲盒里的红球数为 )给的是分布列的”平移”形态:抓来的红球数服从超几何分布, 而 比它多 1,于是 取 、 取 , 概率分别是 挪一格。 第 1 步”把取值列全”在这里最容易漏——很多人写成 取 ,忘了甲盒本来就有一个红球。 列完照例验一次概率和为 1,这道题的三项加起来正是 。 它同时也是”分布列不是终点”的好例子:真要比大小时, 由 0-1 拆分一行给出,整张分布列可以不列(见 §7.3 讲解第四段)。
-
2014 年浙江卷(理)第 12 题( 取 ,已知 、,求 ) 是上面”反过来那一类”的教科书样本:、自由度 ,题目恰好给了两个条件 (一个直接的概率、一个均值),分布列被唯一定住,、。 它和本节其余几道真题的差别值得记:别的题要你去数组合数把概率算出来,这道题一个组合数都没有, 概率是从两个方程里解出来的。分布列在这里不是终点也不是起点,是中转站。
读的顺序:先把课本例 3 与本节练习第 4 题(抛硬币两次的正面次数)做熟,把四步走成肌肉记忆; 再做习题 7.2 第 5、6 题(背课文、资格证考试)——它们是”古典概型型”与”独立试验型”两类分布列的 代表;最后做上面三道真题。
习题详解(本站解答,无官方答案可核)
人教 A 版学生用书不含答案,教师用书与全解不在本站语料里——因此本节习题的解答无官方答案可核,它们是本站写的。每一道都过了独立 verifier 的 refute 优先复核(默认它有问题,找不出问题才放行),但那不等于官方标准答案:拿它对思路,别拿它对分。
本节课本习题共 7 道:第 65 页「练习」的第 2、3、4 题,第 65—66 页「习题 7.2」的第 1、3、5、6 题。
不收的三道,逐条说明:
- 「练习」第 1 题「举出两个离散型随机变量的例子」是开放式的,没有唯一解答,不收; 想看例子,读上方讲解第一段与课本正文即可。
- 「习题 7.2」第 2 题与第 4 题各挂着一张分布列表格(“某位同学求得一个离散型随机变量的分布列为 ……”、“某位射箭运动员命中目标箭靶的环数 的分布列为……”), 而那两张表在本节的规范化转写里没有被转写出来(只留下引出它的那句话)。 本站的题面引文必须是本节转写的逐字子串, 引不出完整题面,独立复核也就无从核起,故不收——读者可对着上方第 66 页的扫描图自行读表。
每道题先逐字引课本的题面(引用块),再写解答。
练习(第 65 页)第 2 题
- 下列随机试验的结果能否用离散型随机变量表示?若能,请写出各随机变量可能的取值,并说明这些值所表示的随机试验的结果.
(1) 抛掷 2 枚骰子,所得点数之和;
(2) 某足球队在 5 次点球中射进的球数;
(3)任意抽取一瓶标有 的饮料,其实际含量与规定含量之差.
判据只有一句:这个量的所有可能取值,能不能一一列举出来(有限个,或无限个但排得成一列)。 排得出来就是离散型,取值充满一个区间、列不出来就不是。
(1) 能。 设 为两枚骰子的点数之和。每枚骰子的点数取 到 ,两数之和最小是 、最大是 ,且 与 之间每个整数都取得到(例如和为 时取 , 时这两个数都在 到 内; 时取 )。故
表示”抛掷 2 枚骰子所得点数之和为 “。共 11 个值,有限,是离散型随机变量。
(2) 能。 设 为 5 次点球中射进的球数。每次点球射进或不进,进球数最少 、最多 , 且中间每个整数都可能,故
表示”该足球队在 5 次点球中恰好射进 个球”。共 6 个值,是离散型随机变量。
(3) 不能。 设 为实际含量与规定含量之差(单位:)。含量是一个连续的量, 误差可以是 、、……取值充满 附近的一整段区间,无法一一列举, 所以 不是离散型随机变量(它是连续型随机变量,本册在 §7.5 才研究)。
顺带一提:如果只关心”这瓶饮料合不合格”,就可以按第 3 题(习题 7.2)那样把连续量分段赋值, 造一个离散型随机变量出来——但那已经是另一个随机变量了,不是 本身。
练习(第 65 页)第 3 题
- 篮球比赛中每次罚球命中得1分,不中得0分。已知某运动员罚球命中的概率为0.7,求他一次罚球得分的分布列。
设 为该运动员一次罚球的得分。按题面的计分规则,命中得 1 分、不中得 0 分, 所以 的可能取值只有 与 两个。
事件""就是”这次罚球命中”,事件""就是”这次罚球未命中”,两者互为对立事件。 已知命中的概率是 ,故
列成表:
核一遍两条性质:两个概率都非负;。通过。
这就是一个两点分布(0-1 分布),其中”成功”是”命中”、成功概率 。
练习(第 65 页)第 4 题
- 抛掷一枚质地均匀的硬币 2 次,写出正面向上次数 X 的分布列.
设 为 2 次抛掷中正面向上的次数,则 的可能取值为 、、。
把样本空间写出来。 用 h 表示正面朝上、t 表示反面朝上,按两次的先后记录结果,
硬币质地均匀,两次抛掷互不影响,所以这 4 个样本点等可能,各占 ——这是用古典概型的 前提,先验一句再算。
逐个数样本点:
- ,含 1 个样本点;
- ,含 2 个样本点 (正反与反正是两个不同的结果,不能算作一个);
- ,含 1 个样本点。
于是
列成表:
核和:。通过。
这道题的关键动作:先把样本空间列出来再数。凭感觉写”三种结果各 “是这道题最常见的错, 错因正是把”一正一反”当成了一个样本点。
习题 7.2 第 1 题
- 张同学从学校回家要经过 4 个红绿灯路口,每个路口可能遇到红灯或绿灯.
(1) 写出随机试验的样本空间;
(2)设他可能遇到红灯的次数为 X,写出 X 的可能取值,并说明这些值所表示的随机事件.
(1) 一次试验的结果,是把 4 个路口各遇到什么灯按顺序记下来。用 表示红灯、 表示绿灯,一个样本点就是一个长度为 4 的 0-1 字符串(第 位记第 个路口)。 每个路口 2 种可能、4 个路口互不影响,由分步乘法计数原理共 个样本点:
(用”红""绿”两个字写也一样,例如”红绿红红”;关键是按路口顺序记 4 位, 少记顺序就分不出”第 1 个路口红”和”第 2 个路口红”。)
(2) 是这 4 位里 的个数,最少 个(四个都是绿灯)、最多 个(四个都是红灯), 中间每个整数都取得到,故
各值表示的随机事件是:
| 的值 | 表示的随机事件 | 含几个样本点 |
|---|---|---|
| 4 个路口都是绿灯(一次红灯也没遇到) | ||
| 4 个路口中恰有 1 个遇到红灯 | ||
| 4 个路口中恰有 2 个遇到红灯 | ||
| 4 个路口中恰有 3 个遇到红灯 | ||
| 4 个路口都是红灯 |
自查:,恰好是样本点总数——说明这 5 个事件互斥且穷尽了 , 取值没有列漏。
注意本题只问取值与事件,不问概率:题面没有给”每个路口遇到红灯的概率”, 所以写不出分布列,也不该假定 16 个样本点等可能(红绿灯的红、绿时长通常不等)。
习题 7.2 第 3 题
- 在某项体能测试中,跑 时间不超过 为优秀。某位同学跑 所花费的时间 是离散型随机变量吗?如果只关心该同学是否能够取得优秀成绩,应该如何定义随机变量?
第一问: 不是离散型随机变量。 时间是连续变化的量,这位同学跑 的用时可以是 、、…… 的可能取值充满一个区间, 既不是有限个、也不能一一列举成一列,所以它不是离散型随机变量(它是连续型随机变量)。
第二问:只关心”是否优秀”,就把这个连续量按优秀与否分段赋值。 定义
这样定义的 只取 、 两个值,是离散型随机变量,而且服从两点分布。 它把原来那个”列不出取值”的 换成了一个能列分布列、能求均值的对象——而所关心的信息 (优秀与否)一点没丢。
两点要交代清楚:
- 分界点归哪一边由题面定。 题面写的是”时间不超过 为优秀”, 所以 算优秀,要写成 而不是 。
- 赋值用 1 和 0 不是随便挑的。这么定之后 就是”优秀这件事发生的次数”, 多次测试的优秀次数可以直接相加,后面求均值也最省事( 就等于优秀的概率,见 §7.3)。 赋成别的两个数(比如 5 和 1)在逻辑上也算随机变量,但失去了这层便利。
习题 7.2 第 5 题
- 老师要从 10 篇课文中随机抽 3 篇不同的课文让同学背诵,规定至少要背出其中 2 篇才能及格. 某位同学只能背诵其中的 6 篇,求:
(1)抽到他能背诵的课文的数量的分布列;
(2) 他能及格的概率.
10 篇课文里,这位同学会背 6 篇、不会背 篇。老师随机抽 3 篇不同的课文, 抽出来的是一组课文、不分先后,是组合;每一组被抽到的可能性相同,是古典概型。总数
(1) 设 为抽到的 3 篇中他会背的篇数。会背的只有 6 篇、抽 3 篇,所以 最大是 3; 不会背的有 4 篇(),所以 最小是 0。故 的可能取值为 。
就是”从 6 篇会背的里抽 篇、从 4 篇不会背的里抽 篇”,两步相乘:
约分前先核分子之和:,正好等于分母,说明四种情形互斥且穷尽。 分布列:
核和:。通过。
(2) “至少要背出其中 2 篇才能及格”,即事件 。这里默认 他会背的课文一定背得出来、不会背的一定背不出(题面只给了”能背诵其中的 6 篇”这一个条件, 没有别的随机性), 所以及格与否完全由 决定。两项互斥,直接相加:
换一条路核一遍(取反面):不及格是 , , 于是 ,一致。
答案:(1) 见上表;(2) 他能及格的概率是 。
习题 7.2 第 6 题
- 某种资格证考试,每位考生一年内最多有3次考试机会。一旦某次考试通过,便可领取资格证书,不再参加以后的考试,否则就继续参加考试,直到用完3次机会。李明决定参加考试,如果他每次参加考试通过的概率依次为0.6,0.7,0.8,且每次考试是否通过相互独立,试求:
(1)李明在一年内参加考试次数 的分布列;
(2) 李明在一年内领到资格证书的概率.
记 为事件”第 次考试通过”(),由题意
且 、、 相互独立(题面明确给出),所以下面把几次的结果连乘是合法的。
(1) 设 为他一年内参加考试的次数。按规则”通过就停、不通过就继续,最多 3 次”, 的可能取值为 、、。逐项翻译成事件:
-
就是”第 1 次就通过”,即 :
-
就是”恰好考了 2 次”。要恰好停在第 2 次,必须第 1 次没通过(否则不会有第 2 次) 且第 2 次通过(否则还要考第 3 次),即 :
-
就是”前两次都没通过”(此时无论第 3 次结果如何,他都恰好考了 3 次), 即 :
分布列:
核和:。通过。
(2) 领到证书就是”三次中至少有一次通过”。按考了几次分类(三类互斥且穷尽了”领到证书”):
取反面核一遍:领不到证书当且仅当三次全没通过,
故 ,一致。
答案:(1) 见上表;(2) 他一年内领到资格证书的概率是 。
这道题的关键动作:分清”考了几次”与”有没有通过”是两件事。 只要求前两次没过, 第 3 次过不过都算 3 次;而”领到证书”那一问在第 3 次那一支上要再乘一个 。 把这两处混起来(例如给 乘上 )是这道题唯一的坑,分布列的概率和不等于 1 会当场把它暴露出来。
原书转写(OCR,供核对)
共 6 页· 默认折起
机器转写,如有出入以上方扫描图为准。它是原文可搜索、可复制公式、读屏器读得出的形态, 也是教材原文引文的逐字比对靶。
7.2 离散型随机变量及其分布列
求随机事件的概率时,我们往往需要为随机试验建立样本空间,并会涉及样本点和随机事件的表示问题。类似函数在数集与数集之间建立对应关系,如果我们在随机试验的样本空间与实数集之间建立某种对应,将不仅可以为一些随机事件的表示带来方便,而且能更好地利用数学工具研究随机试验。
有些随机试验的样本点与数值有关系,我们可以直接与实数建立对应关系。例如,掷一枚骰子,用实数 表示“掷出的点数为 ”;又如,掷两枚骰子,样本空间为 ,用 表示“两枚骰子的点数之和”,样本点 就与实数 对应。
有些随机试验的样本点与数值没有直接关系,我们可以根据问题的需要为每个样本点指定一个数值。例如,随机抽取一件产品,有“抽到次品”和“抽到正品”两种可能结果,它们与数值无关。如果“抽到次品”用1表示,“抽到正品”用0表示,即定义
那么这个试验的样本点与实数就建立了对应关系.
类似地,掷一枚硬币,可将试验结果“正面朝上”用1表示,“反面朝上”用0表示;随机调查学生的体育综合测试成绩,可将等级成绩优、良、中等、及格、不及格分别赋值5,4,3,2,1;等等.
对于任何一个随机试验,总可以把它的每个样本点与一个实数对应。即通过引入一个取值依赖于样本点的变量 ,来刻画样本点和实数的对应关系,实现样本点的数量化。因为在随机试验中样本点的出现具有随机性,所以变量 的取值也具有随机性。
探究
考察下列随机试验及其引入的变量:
试验1:从100个电子元件(至少含3个以上次品)中随机抽取三个进行检验,变量 表示三个元件中的次品数;
试验2:抛掷一枚硬币直到出现正面为止,变量 表示需要的抛掷次数.
这两个随机试验的样本空间各是什么?各个样本点与变量的值是如何对应的?变量 , 有哪些共同的特征?
对于试验 1,如果用 0 表示 “元件为合格品”,1 表示 “元件为次品”,用 0 和 1 构成的长度为 3 的字符串表示样本点,则样本空间
各样本点与变量 X 的值的对应关系如图 7.2-1 所示.


对于试验 2,如果用 h 表示 “正面朝上”,t 表示 “反面朝上”,例如用 tth 表示第 3 次才出现 “正面朝上”,则样本空间
包含无穷多个样本点. 各样本点与变量 Y 的值的对应关系如图 7.2-2 所示.
在上面两个随机试验中,每个样本点都有唯一的一个实数与之对应.变量 , 有如下共同点:
(1) 取值依赖于样本点;
(2) 所有可能取值是明确的.
一般地,对于随机试验样本空间 中的每个样本点 ,都有唯一的实数 与之对应,我们称 X 为随机变量 (random variable)。试验 1 中随机变量 X 的可能取值为 0,1,2,3,共有 4 个值;试验 2 中随机变量 Y 的可能取值为 1,2,3,…,有无限个取值,但可以一一列举出来。像这样,可能取值为有限个或可以一一列举的随机变量,我们称为离散型随机变量 (discrete random variable)。通常用大写英文字母表示随机变量,例如 X,Y,Z;用小写英文字母表示随机变量的取值,例如 x,y,z。
• •
随机变量的概念是俄国数学家切比雪夫(Chebyshev,1821—1894)在19世纪中叶建立和提倡使用的.
不难发现,随机变量的定义与函数的定义类似,这里的样本点 相当于函数定义中的自变量,而样本空间 相当于函数的定义域,不同之处在于 不一定是数集。随机变量的取值 随着试验结果 的变化而变化,这使我们可以比较方便地表示一些随机事件。
现实生活中,离散型随机变量的例子有很多。例如,某射击运动员射击一次可能命中的环数 X,它的可能取值为 0,1,2,…,10;某网页在 24 h 内被浏览的次数 Y,它的可能取值为 0,1,2,…;等等。
现实生活中还有大量不是离散型的随机变量的例子。例如,种子含水量的测量误差 ;某品牌电视机的使用寿命 ;测量某一个零件的长度产生的测量误差 。这些都是可能取值充满了某个区间、不能一一列举的随机变量。本节我们只研究取有限个值的离散型随机变量。

你能再举出一些离散型随机变量和不是离散型的随机变量的例子吗?
根据问题引入合适的随机变量,有利于我们简洁地表示所关心的随机事件,并利用数学工具研究随机试验中的概率问题。例如,掷一枚质地均匀的骰子, 表示掷出的点数,则事件“掷出 点”可以表示为 (),事件“掷出的点数不大于 ”可以表示为 ,事件“掷出偶数点”可以表示为 ,等等。由掷出各种点数的等可能性,可得
这一规律可以用表 7.2-1 表示.
一般地,设离散型随机变量 X 的可能取值为 ,我们称 X 取每一个值 的概率
为 X 的概率分布列,简称分布列.
与函数的表示法类似,离散型随机变量的分布列也可以用表格表示(表7.2-2),还可以用图形表示。例如,图7.2-3直观地表示了掷骰子试验中掷出的点数 的分布列,称为 的概率分布图。
根据概率的性质,离散型随机变量分布列具有下述两个性质:
(1)
图7.2-3
(2)
利用分布列和概率的性质,可以计算由离散型随机变量表示的事件的概率。例如,在掷骰子试验中,由概率的加法公式,得事件“掷出的点数不大于2”的概率为
类似地,事件“掷出偶数点”的概率为
例 1 一批产品中次品率为 5%,随机抽取 1 件,定义
求 X 的分布列.
解:根据 的定义, “抽到次品”, “抽到正品”, 的分布列为
对于只有两个可能结果的随机试验,用 A 表示 “成功”, 表示 “失败”,定义
如果 ,则 ,那么 X 的分布列如表 7.2-3 所示.
我们称 服从两点分布(two-point distribution)或0-1分布。实际上, 为在一次试验中成功(事件 发生)的次数(0或1)。像购买的彩券是否中奖,新生婴儿的性别,投篮是否命中等,都可以用两点分布来描述。
例 2 某学校高二年级有 200 名学生,他们的体育综合测试成绩分 5 个等级,每个等级对应的分数和人数如表 7.2-4 所示.
从这 200 名学生中任意选取 1 人,求所选同学分数 X 的分布列,以及 .
解:由题意知, 是一个离散型随机变量,其可能取值为1,2,3,4,5,且 “不及格”, “及格”, “中等”, “良”, “优”。根据古典概型的知识,可得 的分布列,如表7.2-5所示。
例3 一批笔记本电脑共有10台,其中A品牌3台,B品牌7台.如果从中随机挑选2台,求这2台电脑中A品牌台数的分布列.
解:设挑选的2台电脑中A品牌的台数为 ,则 的可能取值为0,1,2.根据古典概型的知识,可得 的分布列为
用表格表示 X 的分布列,如表 7.2-6 所示.
练习
-
举出两个离散型随机变量的例子.
-
下列随机试验的结果能否用离散型随机变量表示?若能,请写出各随机变量可能的取值,并说明这些值所表示的随机试验的结果.
(1) 抛掷 2 枚骰子,所得点数之和;
(2) 某足球队在 5 次点球中射进的球数;
(3)任意抽取一瓶标有 的饮料,其实际含量与规定含量之差.
-
篮球比赛中每次罚球命中得1分,不中得0分。已知某运动员罚球命中的概率为0.7,求他一次罚球得分的分布列。
-
抛掷一枚质地均匀的硬币 2 次,写出正面向上次数 X 的分布列.
习题7.2

复习巩固
- 张同学从学校回家要经过 4 个红绿灯路口,每个路口可能遇到红灯或绿灯.
(1) 写出随机试验的样本空间;
(2)设他可能遇到红灯的次数为 X,写出 X 的可能取值,并说明这些值所表示的随机事件.
- 某位同学求得一个离散型随机变量的分布列为
试说明该同学的计算结果是否正确.
-
在某项体能测试中,跑 时间不超过 为优秀。某位同学跑 所花费的时间 是离散型随机变量吗?如果只关心该同学是否能够取得优秀成绩,应该如何定义随机变量?
-
某位射箭运动员命中目标箭靶的环数 的分布列为
如果命中9环或10环为优秀,那么他一次射击成绩为优秀的概率是多少?

综合运用
- 老师要从 10 篇课文中随机抽 3 篇不同的课文让同学背诵,规定至少要背出其中 2 篇才能及格. 某位同学只能背诵其中的 6 篇,求:
(1)抽到他能背诵的课文的数量的分布列;
(2) 他能及格的概率.
- 某种资格证考试,每位考生一年内最多有3次考试机会。一旦某次考试通过,便可领取资格证书,不再参加以后的考试,否则就继续参加考试,直到用完3次机会。李明决定参加考试,如果他每次参加考试通过的概率依次为0.6,0.7,0.8,且每次考试是否通过相互独立,试求:
(1)李明在一年内参加考试次数 的分布列;
(2) 李明在一年内领到资格证书的概率.