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附加数学 · 概率分布

计算二项概率

知道是二项题,可是准确的答案总是算错。

二项变量 X 有 n 次试验,成功概率是 p,则 P(X = r) = nCr × p^r × q^(n − r),其中 q = 1 − p。公式把“哪几次试验成功”的选法数,乘上其中一种成功模式的概率。

这一课接在认出二项分布的条件之后,属于概率分布这一章。nCr 的部分来自排列与组合。

怎样设定公式?

先写 X ~ B(n, p),并写出 n、p 和 q。然后先把数值代入公式写出来,再用计算器。这样能拿到方法分,也能及早发现代错的数值。

例题:选择题测验

一份测验有 6 题,每题 4 个选项,只有一个正确。一位同学每题都乱猜。设 X 为答对的题数,则 X ~ B(6, 0.25),q = 0.75。

恰好答对 2 题。

P(X = 2) = 6C2 × 0.25² × 0.75⁴ = 15 × 0.0625 × 0.31640625 = 0.2966(4 位小数)。

至少答对 1 题。 用补集:

P(X ≥ 1) = 1 − P(X = 0) = 1 − 0.75⁶ = 1 − 0.17798 = 0.8220。

至少答对 4 题。 把三种情况相加。

  • P(X = 4) = 6C4 × 0.25⁴ × 0.75² = 15 × 0.00390625 × 0.5625 = 0.03296
  • P(X = 5) = 6C5 × 0.25⁵ × 0.75 = 6 × 0.0009765625 × 0.75 = 0.00439
  • P(X = 6) = 0.25⁶ = 0.00024

总和是 0.03296 + 0.00439 + 0.00024 = 0.0376(4 位小数)。

最容易丢分的地方

最常见的失误是把 p 和 q 互换,或者漏了 nCr。这两种错误得出的答案仍然像个概率,所以很容易被忽略。

部分 错误 正确
选出成功的试验 漏了 6C2 = 15
成功的因子 0.75² 0.25²
失败的因子 0.25⁴ 0.75⁴
结果 很小,没检查 0.2966

快速检查:最可能的答对题数应该靠近 np = 1.5。所以 P(X = 2) 约为 0.30 是合理的,而接近 0.002 就不合理。

自己试试

一家工厂发现 10% 的灯泡有瑕疵。一个盒子里装着独立抽取的 5 个灯泡。求恰好 1 个有瑕疵的概率,以及没有一个有瑕疵的概率。

答案

X ~ B(5, 0.1),q = 0.9。

P(X = 1) = 5C1 × 0.1 × 0.9⁴ = 5 × 0.1 × 0.6561 = 0.3281(4 位小数)。

P(X = 0) = 0.9⁵ = 0.5905(4 位小数)。

检查:所有情况加起来必须是 1。0.3281 + 0.5905 = 0.9186,剩下 0.0814 是 2 个或以上有瑕疵的概率,这是合理的。

下一步学什么

接着学求二项变量的均值与方差,用两个数字概括整个分布。应用题结构工作表 (英文)可以帮你在长题目里找出 n、p 和所求的事件。

如果设定二项题是你最难的一步,可以了解附加数学一对一线上补习。

常见问题

二项概率公式是什么?

对 X ~ B(n, p),P(X = r) = nCr × p^r × q^(n − r),其中 q = 1 − p。r 是 n 次独立试验中成功的次数。

怎样求 P(X ≥ 1)?

用补集。P(X ≥ 1) = 1 − P(X = 0) = 1 − q^n。这比把 1 到 n 的每一种情况都加起来短得多。

“至多”或“至少”包含好几个值时怎么办?

把范围内每个值的概率逐一算出来再相加;如果用补集项数更少,就用补集。相加之前,先把每一项写出来。

答案要取几位小数?

计算过程多保留几位,最后才约数,除非题目另有规定,通常取 4 位小数或 3 位有效数字。

二项的答案取决于一连串小决定。一对一补习的老师看着学生做题,比答案册更快找出是哪个决定出了错。

  • 为孩子安排线上一对一课程,由经验丰富的老师授课。
  • 第一堂是一小时试听课,RM50 起。学费在预约前就先谈好。
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