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浅议几何概型的四种概率计算

2020-09-22徐文明

读天下 2020年21期
关键词:概率

摘 要:几何概型是古典概型的进一步发展,处理几何概型问题关键是把问题转化为相应的几何图形,利用图形的几何度量求随机事件的概率。

关键词:几何概型;概率;古典概型

几何概型是古典概型的进一步发展。与古典概型相比较,相同点在于:每一种结果发生的可能性相等。不同点在于:在一次试验中,古典概型中等可能事件只有有限个,几何概型中等可能事件有无限个。

教学大纲对几何概型的难度要求并不高,在练习和复习题中通常以填空或选择题的形式出现。处理几何概型问题不仅要明确概念、掌握公式,更主要的是及时把问题转化为几何图形,利用图形的几何度量来求随机事件的概率。因此,正确选择恰当的几何概型决定了问题解决的成败,下面通过具体例题就几何概型的四种测度简单谈谈自己的看法。

一、 角度型

【例1】 设A为圆周上一定点,在圆周上等可能地任取一点B,与A连接,求弦长超过半径的2倍的概率。

分析:在圆周上任取一点是随机的且是等可能的,符合几何概型的条件。关键是选择恰当的几何量,确定好事件发生的分界点。

解:设圆的半径是r,当弦长恰好为2r时,它所对的圆心角恰好为90°,则要是弦长大于2r,圆心角必大于90°且小于270°。所以所求事件的概率为270°-90°360°=12。

评注:本题是一个与角度有关的几何概型,关键是建立好几何图形与概率问题的联系。

二、 长度型

【例2】 在等腰直角三角形△ABC中,在斜边AB上任取一点M,求AB

分析:在斜边AB上任取一点是随机的且是等可能的,符合几何概型的条件。

解:以点A为圆心作一个小圆,交AB于C′,不妨设AC=a,使AC′=AC=a,则AB=2a,从而所求的概率为AC′AB=a2a=22。

这是与长度有关的几何概型问题。

但是,如果上例作以下变形:在等腰直角三角形△ABC中,过点C作一条射线CM,交AB于M点,求AM

有不少同学可能还是会用以上思路求解。但事实上,如果在AB上再取两点E、D,使得AE=ED=DB,但是∠ACE≠∠ECD≠∠DCB,则过点C作一条射线CM在∠ACE和在∠ECD内的条数不相等,与基本事件的等可能性矛盾。在变形后的题目中基本试验的前提过点C作一条射线CM。当涉及射线的转动,扇形中有关落点区域问题时,是常以角的大小作为区域度量来计算概率的。

正解:以点A为圆心作一个小圆,交AB于C′,连接CC′,则∠ACC′=67.5°,从而所求概率为∠ACC′∠ACB=67.5°90°=34。

所以这成了与角度有关的几何概型问题36π。

三、 面积型

【例3】 两人相约在8点到9点会面,先到者等候另一人20分钟,过时就可离去,那么两人能见面的机会有多大?

分析:两个人到达的时间是随机的且是等可能的,符合几何概型的条件。

解:设甲到达时刻为x(分钟),乙到达时刻为y(分钟),则0≤x≤60,0≤y≤60,|x-y|≤20,

结合图形可得所求概率为:49。

评注:此题用面积计算,关键是找到两人能见面这一事件发生的所有结果构成的区域。

四、 体积型

【例4】 一个球形容器的半径为3cm,里面装有纯净水,因为实验人员不小心混入了一种病毒,从中任取1mL,含有病毒的概率是多少?

分析:病毒在水中的分布可以看作是随机的,从中取得1mL水,可看着构成的事件的区域,球形容器内的水的体积可看成做实验的所以结果构成的区域,可以用体积比公式计算其概率。

解:根据题意,球形容器内的水的体积为36π(mL),所以从中任取1mL的水,含有病毒的概率为136π。

评注:用体积计算概率时,要注意所求概率与取出体积的关系。事实上,水中所含病毒的概率只与杯中水的体积有关,因而只需要求得取出水样的体积与原有水的体积的比即可。

总之,拿到一道概率题时,先要分析该题是几何概型还是古典概型。如果是几何概型,解决几何概型的关键是根据题意,弄清题目中的测度是长度、面积还是体积,有时甚至是角度。

作者简介:

徐文明,湖北省襄陽市,襄阳职业技术学院。

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