离散分布:二项、泊松、几何

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方法模板

一、四个分布的分布律

分布记号分布律
0–1
二项
泊松
几何

(。期望方差在第19章正式推,这里先备查。)

二、由归一性定常数(送分题的标准动作)

遇到分布律带待定常数,一律求和令其为 1。 三个必用的级数:

三、泊松的三个高频操作

(1) 由 定 :

特别地 。

(2) 奇偶概率(取半和):

偶奇

来源: 各留一半项,再乘 。与第16章”发生奇数次”的手法完全同源。

(3) 参数越大越偏右(随机序):

四、二项分布的两条结构性质

可加性(要求 相同):

独立

合并结果:若一次试验有多种互斥结果,把其中若干种合并成”成功”,重复 次的成功次数仍是二项:

注意试验次数 不变——合并的是”结果”,不是”试验”。

五、最可能值(第16章公式,本章继续用)

时两个并列

六、几何分布的两条

(生存函数,比分布律好用)

“偶数次首次成功”的概率是 ,恒小于 ——因为奇数位置(尤其第 1 次)占了先手。

七、由离散分布律写分布函数

阶梯函数、右连续、在每个取值点跳 。写答案必须分段写全,含 两端。

必考

880 第十七章基础解答 1

原题

设离散型随机变量 的分布律为

0.20.30.5

求:(Ⅰ) 的分布函数;(Ⅱ) ;(Ⅲ) .

解析

(Ⅰ) 从左往右累加,每到一个取值点跳一次:

( 是第一个点的概率,,。)

(Ⅱ) 的取值只有 1 和 2:

也可以用 :。

(Ⅲ) 覆盖了全部三个取值点:

离散型的区间概率 必须逐点数,不能直接

通用公式是

左端点要用左极限,因为 已经把 算进去了。

本题 (Ⅲ): ✓。若误写成 ,就漏掉了 这个点。

四种区间的写法(离散型必须分清):

区间公式

连续型时四者相同(因为 ),离散型必须逐个分辨。

880 第十七章综合填空 5

原题

设离散型随机变量 的分布律为 ,则常数 ____.

解析

归一性:

回代之后会发现这其实是 ,不是

即 。题面里的 是干扰项——很多人一看 就认定 ,进而答 。

泊松分布律的标准形状是 :分子的 和指数上的 必须是同一个数。 本题分子没有 (相当于 ),指数却写着 ,两者不匹配,所以常数 要来补差额:。

关键的级数:(不是 1)。

880 第十七章综合填空 3

原题

设随机变量 服从泊松分布,且 ,则 ____.

解析

第一步,定 。

( 已排除 )。

第二步,走补事件。

(数值约 。)

相邻两项的比值是泊松最好用的工具

令它等于 1 得 ——所以 当且仅当 。本题 ,直接读出 ,一步都不用算。

顺带得到泊松的最可能值:比值 ,所以 ( 为整数时 与 并列)。

与二项的 对照:泊松是 在 时的极限,而 ,两个判据自洽。

880 第十七章综合填空 4

原题

在伯努利试验中,设事件发生的概率 , 表示首次发生所需试验次数, 为正整数,则 ____.

解析

,即 ,。求”首次成功发生在偶数次”的概率:

用 约分:

这个形状值得单独记

  • 恒小于 (因为 且 ):奇数位置总是占优,第 1 次就成功的概率 独享最大的一块;
  • ()时趋于 0:几乎必然第 1 次就中;
  • ()时趋于 :成功遥遥无期,奇偶各半。

配套的奇数版:,两者相加为 1 ✓

本题 :偶数 ,奇数 。

另解(一步递推,不求和)

设 首次成功在偶数次,按第一次试验的结果分类:

  • 第 1 次成功(概率 ): 不发生;
  • 第 1 次失败(概率 ):从第 2 次开始重新计数,此时原来的”偶数”变成新计数下的”奇数”,故条件概率是 。

这条”重新开始”的论证用的正是几何分布的无记忆性,见 1000 强化 2-1 的 ①。

1000 基础第2章 2

原题

设随机变量 ,,若 ,则 .

(A)   (B)   (C)   (D)

解析

第一步,由 定 。 走补事件:

第二步,代入 :

三个错项各对应一步失误

  • (B) :算出了 就交卷(忘了 );
  • (C) :把 误算成 的分子写反,或用了 ;
  • (A) :把 弄成 或直接凑数。

“至少一个”永远先写 ——这是第16章反复强调的,本章继续。

1000 基础第2章 4

原题

随机试验 有三种两两不相容的结果 ,且三种结果发生的概率均为 。将试验 独立重复做 2 次, 表示 2 次试验中结果 发生的次数, 表示 2 次试验中结果 发生的次数,则 服从( ).

(A)   (B)   (C)   (D)

解析

关键: 数的是什么?

在每一次试验里, 和 互不相容,所以” 发生”与” 发生”最多有一个成立。于是次试验中发生的次数,把 整体当成”成功”:,试验次数仍是 2(合并的是结果,不是试验):

选项 (C)(D) 把 写成 4,这是本题的主陷阱

误区:” 是 2 次试验的、 也是 2 次试验的,加起来就是 4 次。”

但 和 数的是同一批 2 次试验,不是两批。而且 不独立( 大则 必小,因为 ),所以二项可加性 根本不适用(那条要求独立且 相同,这里两条都不满足)。

合并结果改的是;追加试验改的才是

验证:直接算分布律

的取值是 :

两次都是
两次都不是

与 的 完全吻合 ✓

顺带一提: 的联合分布叫多项分布,第18章会正式登场。本题是它的第一次露面。

拓展

1000 强化第2章 2

原题

设 服从参数为 的泊松分布, 分别是 取整数、偶数与奇数的概率,则( ).

(A)   (B)   (C)   (D)

解析

第一步, 是多少? 泊松分布只在非负整数上取值,所以”取整数”是必然事件:,第二步,取半和求 。 由

偶奇

两式相加除以 2 得偶次项之和 ,相减得奇次项之和 。乘上 :

第三步,比大小。 因 ,:

且 。

三个自查点

  1. ✓(偶与奇是完备组);
  2. :,——几乎必然取 0(偶数),合理;
  3. :——分布摊得很开,奇偶各半,合理。

偶数永远略占优势,因为 0 也算偶数,而 小的时候 独占鳌头。

"取半和"这一招,本章是第二次用

章节题母函数
第16章[[20-Problems/Math/Probability/Chapter-16/topic-bernoulli-trials-and-repeated-experiments#^p-ll880-c-fill-6880 综合填空 6]](伯努利发生奇数次)
第17章本题(泊松取奇数)

通用公式:

偶奇

其中 是概率母函数。泊松的 ,,直接给出上面两式。

两章同一招,换个分布再考一次。

1000 强化第2章 3

原题

设 分别服从参数为 的泊松分布,且 , 分别是 的分布函数,,则( ).

(A)   (B)   (C)   (D)

解析

先否掉 (A)(B)。 题目没有说 定义在同一概率空间上,更没说它们之间有任何关系。即使有,泊松分布的取值范围都是全体非负整数, 完全可能取 0 而 取 100。所以

与都不成立 参数大是分布层面的性质,不是逐个样本点的大小关系

再判 (C)(D): 增大时 怎么变?

对 求导(这是一个漂亮的望远镜求和):

下标平移

两个和式相消,只剩最后一项。 所以 关于 严格递减:

直觉:参数越大,分布整体越往右挪,"落在 左边"的概率就越小

这叫随机序( 随机地大于 ,记作 )。

分布函数越低,随机变量越大——这个”反向”关系是随机序最容易记反的地方。用一个极端例子固定方向: 时 几乎必然很大,; 时 几乎必然为 0,()。大的那个 低。

同族结论: 关于 、 关于 、 关于 ,都有同样的单调性。

(A)(B) 是"分布层面"与"样本层面"的混淆

这是概率论里一类通用错误:” 的分布比 靠右”推不出”每次都有 ”。

同类错误在第19章还会出现: 推不出 ,更推不出 。

1000 强化第2章 5

原题

设有 40 个盒子,100 个球,每个球等可能地放入任一盒子中,则指定某一个盒子中最有可能出现的球的个数为 ____.

解析

第一步,识别分布。 盯住指定的那一个盒子,每个球”进不进这个盒子”是一次伯努利试验,成功概率 ,100 个球相互独立:,第二步,套最可能值公式。

验算(比值法):

所以 时递增、 时递减,峰在 ✓

期望是 2.5,最可能值是 2—— 不要四舍五入

四舍五入会得到 3(或者”2 和 3 并列”),都是错的。正确判据永远是 ,本题 ,向下取整得 2。

只有 恰为整数时才有两个并列最大值。 本题 不是整数,答案唯一。

与第16章 880 综合解答 2 是同一个公式的第二次考察

章题
16880 综合解答 2(20 个样品,15% 次品)200.153.153
17本题(100 球 40 盒)1002.5252

两道题的期望都恰好是整数(3 与 2.5……本题不是),命题人都在这个点上设了坑。见 第16章 伯努利概型。

为什么"盯住一个盒子"就化成了二项

100 个球在 40 个盒子里的完整分布是多项分布,但只关心某一个盒子时,其余 39 个盒子可以合并成”没进来”这一类——这正是本节 1000 基础 2-4 的”合并结果”原则。

多项分布的每个边缘都是二项分布

第18章讲多维分布时,这条会正式写成”多项分布的边缘分布是二项分布”。

1000 强化第3章 2

原题

设 与 均服从同一种分布,其中 相互独立,则下列分布一定可以成立的是( ).

(A) 均匀分布  (B) 泊松分布  (C) 指数分布  (D) 二项分布

解析

题目问的是可加性(再生性):独立同族的两个随机变量相加,和还落在这一族里吗?

(A) 均匀分布: 的密度是三角形(辛普森分布),不是均匀。不成立。

(B) 泊松分布:

独立

无条件成立( 任意)。

(C) 指数分布: 是 (爱尔朗分布),密度 ,在 处为 0,与指数密度(在 0 处取最大值 )形状完全不同。不成立。

(D) 二项分布: —— 成立,但要求两个 相同。若 ,和就不是二项分布了。

(D) 是本题真正的辨析点,必须说清楚"一定"二字

严格地说,(D) 在 时也成立。所以两个选项都”可以”成立。

“一定”的含义是”不需要附加条件”:

分布可加性附加条件
泊松无
二项 必须相同
正态无
无

题目只给了” 相互独立”这一个条件,没有给”参数相同”,所以只有泊松能保证。这就是标准答案取 (B) 的理由。

如果题目改成” 独立同分布”,(B)(D) 就都对了——这时 自动相同。做题时留意题面给的到底是”独立”还是”独立同分布”。

四个具有可加性的分布,串成一句话记

泊松、正态、无条件可加;二项要同,要同

均匀与指数都不可加——这两个是最常被误认为可加的。

判据(第18章会正式讲):看特征函数/母函数相乘之后还是不是同一族的形式。 泊松的母函数 相乘就是 ,指数相加,天然可加。

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