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数学知识体系

Observatory Archive of Mathematics
⌕2026/8/31
知识要点 · 高中数学

随机变量及其分布

选择性必修第三册 · 高一至高三

条件概率与全概率公式,离散型随机变量及其分布列,二项分布、超几何分布与正态分布。

随机变量把随机试验的结果数量化,分布列、二项分布、超几何分布与正态分布描述取值规律,期望与方差概括其数字特征。

§ 01

离散型随机变量的分布列

列出 XX 所有可能取值及对应概率成表;两条性质:概率非负、全部概率之和为 1。求分布列先确定取值范围,再逐一求概率,最后用和为 1 检验。
§ 02

二项分布

nn 重独立重复试验中成功次数 X∼B(n,p)X\sim B(n,p):P(X=k)=Cnkpk(1−p)n−kP(X=k)=C_n^k p^k(1-p)^{n-k},E(X)=npE(X)=np、D(X)=np(1−p)D(X)=np(1-p)。判定要点:每次独立且成功概率相同。
§ 03

超几何分布

从含 MM 件次品的 NN 件产品中不放回抽 nn 件,次品数 P(X=k)=CMkCN−Mn−kCNnP(X=k)=\dfrac{C_M^k C_{N-M}^{n-k}}{C_N^n}。有放回是二项分布、无放回是超几何分布,先辨模型再套公式。
§ 04

正态分布

X∼N(μ,σ2)X\sim N(\mu,\sigma^2) 的密度曲线钟形、关于 x=μx=\mu 对称;3σ 原则:落在 (μ−σ,μ+σ)(\mu-\sigma,\mu+\sigma)、(μ−2σ,μ+2σ)(\mu-2\sigma,\mu+2\sigma)、(μ−3σ,μ+3σ)(\mu-3\sigma,\mu+3\sigma) 内的概率约为 68.3%、95.4%、99.7%。
§ 05

期望与方差

E(X)=∑xipiE(X)=\sum x_i p_i 反映平均水平,D(X)=∑(xi−E(X))2piD(X)=\sum(x_i-E(X))^2p_i 反映波动大小;线性性质 E(aX+b)=aE(X)+bE(aX+b)=aE(X)+b、D(aX+b)=a2D(X)D(aX+b)=a^2D(X)。决策题比较不同方案的期望与方差作答。

核心公式速查

二项分布概率P(X=k)=Cnkpk(1−p)n−kP(X=k)=C_n^k p^k(1-p)^{n-k}
超几何分布概率P(X=k)=CMkCN−Mn−kCNnP(X=k)=\dfrac{C_M^k C_{N-M}^{n-k}}{C_N^n}

学习建议与易错点

  • 分布列写完必查概率和是否为 1:既是验证手段,也可用减法补求最后一个概率。
  • 审题圈出「有放回/不放回」「独立/不独立」,模型辨错则全题皆错。
  • 正态分布题围绕对称性与 3σ 原则作图计算,不涉及复杂积分。
  • 决策比较题先算期望再比方差,最后用「在……意义下选……」完整作答。