御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:隨機變數與機率分布、期望值、變異數與標準差、二項分布

高雄新興高中 114 上
高三第一次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 19 題,照原卷順序

多選題 4 題(28 分)、填充題 8 題共 10 格(50 分)、計算題 2 題共 5 小題(22 分,各小題配分印在題末),合計 100 分。本頁全卷連續編號:第 5~14 題是原卷填充第 1~8 題(填充第 1、5 題各有兩格),第 15、16 題是計算第 1 題的 (1)(2),第 17~19 題是計算第 2 題的 (1)(2)(3)。本卷沒有學校公布的答案,本頁答案為本站依題目計算。

一、多選題:28%(每題 7 分;錯一個給 5 分,錯兩個給 3 分,錯三個全錯)
1
下列選項中,請選出隨機變數 X 是「二項分布」的選項。
  1. (A) 10 題五選一的單選題,每題皆隨意選擇 1 個選項作答,隨機變數 X 表示答對的題數
  2. (B) 擲 1 顆公正骰子 6 次,X 為出現點數的總和
  3. (C) 擲一枚兩面皆為人頭的硬幣 10 次,隨機變數 X 表示出現人頭的次數
  4. (D) 袋中有紅球與白球各 5 顆,從袋中每次取出一球,取後不放回,共取球 5 次,隨機變數 X 為取到紅球的次數(卷面此選項的代號印作 (C),依順序為 (D))
  5. (E) 袋中有相同的黑球 2 顆、白球 2 顆,從袋中一次任取 2 球,取球後放回袋中,共取球 5 次,隨機變數 X 表示兩球同色的次數。
2
投擲一枚不均勻的硬幣 20 次,該硬幣出現正面機率為出現反面機率的 2 倍,令隨機變數 X 表示出現正面的次數。則下列敘述何者正確?
  1. (A) X 的可能值有 20 種
  2. (B) X 的期望值為 320​
  3. (C) X 的標準差大於 2
  4. (D) P(X=6)<P(X=7)
  5. (E) P(X=13)=P(X=14)
3
有 100 支籤,其中 20 支有獎:特獎 2000 元一支,二獎 500 元二支,三獎 100 元 17 支。今甲、乙二人依序各抽取一支籤,甲先抽完換乙抽,取後不放回,下列選項何者正確?
  1. (A) 甲抽得二獎的機率為 0.02
  2. (B) 乙抽得特獎的機率為 0.01
  3. (C) 甲抽得三獎的機率大於乙抽得三獎的機率相等(卷面原字,「大於」與「相等」兩個詞並存;本頁依句尾讀作兩者相等)
  4. (D) 甲的期望值為 47 元
  5. (E) 甲的期望值大於乙的期望值
4
新興高中舉辦英文單字比賽,試卷題目有 25 題,每道題目都是 5 選 1 的單選題,答對 1 題得 4 分,答錯不倒扣。今一位學生決定以猜答案方式作答,每題都從 5 個選項中隨機選 1 個答案作答,設隨機變數 X 為該生答對的題數,隨機變數 Y 為該生的試卷分數。試選出正確的選項。
  1. (A) E(X)=5
  2. (B) Var(X)=2
  3. (C) E(Y)=20
  4. (D) Var(Y)=16
  5. (E) E(Y2)=464。
二、填充題:50%(每格 5 分,共 10 格)
第 5~6 題為題組(原卷填充第 1 題)(第 5~6 題) 設有一不公正的骰子,其出現 k 點的機率為 nk​(k=1,2,3,4,5,6),若出現 k 點可得 2k 元,設隨機變數 X 為丟此骰子所獲得的錢數,試求
5
(1) n= ____
6
(2) E(X)= ____。
7
袋中裝有大小相同的紅球 2 顆、白球 2 顆,自袋中一次取出 2 球,若取出 2 球皆紅色可得 50 元,2 球皆白色可得 30 元,如果希望遊戲公平,則取出 2 球顏色不同時,應賠 ____ 元
8
根據資料顯示:一個 60 歲的人,在一年內死亡的機率為 1%,生病住院的機率為 4%,老王 60 歲,欲保一年 10 萬元的平安保險,須繳保費 2200 元。於保險期間若死亡,由保險公司給付 10 萬元,若生病住院,則給付 5000 元,求保險公司利潤的期望值為 ____ 元。
9
一袋子內有 5 個紅球、4 個黑球、3 個白球。今從中取球,若取得 1 個紅球可得獎金 100 元,取得 1 個黑球可得獎金 250 元,取得 1 個白球可得獎金 300 元。今甲由袋中任取 2 球,試問可得金額的期望值為 ____ 元。
第 10~11 題為題組(原卷填充第 5 題)(第 10~11 題) 投擲硬幣三枚,若三枚均出現同一面,則可得一分,否則得零分。今連投五次,若機會均等且假設每次投幣互不影響,則:
10
(1) 恰得三分之機率為 ____
11
(2) 至少得四分之機率為 ____
12
假設甲在三分線投籃的命中率為 p,設每次投籃是否投進互相獨立,現今他連續在三分線投籃 n 次,若投進次數的期望值為 40 次,變異數為 32,則數對 (n,p)= ____。
13
如下圖是一分枝管道圖,從上方 O 處放入一個小鋼珠,鋼珠會隨機的向左或向右落下,且在分枝處向左或向右落下的機率相等,試求鋼珠出現在 C2​ 的機率 = ____。
載入中...
14
袋中有 1 個黑球與若干個白球,白球個數可能為 3 個或 4 個。今從袋中任取一球,每球被取中之機會均等,記錄其顏色後放回,重複上述動作 5 次,若黑球的抽中次數超過 1 次,則判定袋中白球個數為 3 個,反之,則判定袋中白球個數為 4 個。若白球實際的個數為 3 個,試求依此方法正確判定的機率為 ____(請化成最簡分數)
三、計算題:22%(計算題請詳列計算過程,否則不予計分)
第 15~16 題為題組(原卷計算第 1 題)(第 15~16 題) 班上分組報告,5 人一組,老師依序給小組打分數,打分數的過程是從這 5 人中隨機點同學回答問題,點到能回答問題時即停止,否則會繼續點其他同學回答。已知第三組同學中,有 2 人沒準備,無法回答,其他 3 人則準備充分,一定能回答出問題。假設隨機變數 X 取值為這一組的點名人數,
15
(1) 試寫出 X 的機率分布表(5%)
16
(2) X 的期望值與變異數為何?(5%)
第 17~19 題為題組(原卷計算第 2 題)(第 17~19 題) 已知甲、乙兩人獨立解出一道數學問題的機率分別為 32​,21​。若兩人同解一個問題時,只要有人解出就稱為「成功解出」,並且兩人解題互不影響。今兩人同解 50 道問題,令 X 代表 50 道題目中,成功解出的題數,試問
17
(1) 每一題被成功解出的機率為 ____(4%)
18
(2) X 的期望值 E(X)= ____(4%)
19
(3) X 的標準差 σX​= ____。(4%)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)(E)(選項 (C) 每次必出現人頭,只有一種結果,本頁依課本「每次試驗有成功與失敗兩種結果」的定義不算二項分布;若把成功機率為 1 的情形也算進去,答案是 (A)(C)(E),見詳解)
第 2 題(C)(D)(E)
第 3 題(A)(B)(C)(D)(選項 (C) 依句尾讀作「兩者相等」;若讀作「甲大於乙」則 (C) 不對,答案是 (A)(B)(D),見詳解)
第 4 題(A)(C)(E)
第 5 題21
第 6 題326​
第 7 題20
第 8 題1000
第 9 題400
第 10 題51245​
第 11 題641​
第 12 題(200, 51​)
第 13 題83​
第 14 題12847​
第 15 題P(X=1)=53​,P(X=2)=103​,P(X=3)=101​
第 16 題期望值 23​,變異數 209​
第 17 題65​
第 18 題3125​
第 19 題6510​​
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

每一題,錯在哪一步

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01多選第 1、2 題:二項分布的判斷與性質

第 1 題答案 (A)(E)(選項 (C) 另有一種看法,寫在後面)。二項分布的條件是:同一個試驗重複 n 次,各次互不影響,每次只看成功或失敗,而且每次成功的機率都是同一個 p;X 是成功的次數。 (A) 正確。每題猜對的機率都是 51​,10 題互不影響,答對題數 X∼B(10,51​)。 (B) 錯誤。X 是點數的總和,不是某個結果出現的次數,可能值是 6 到 36,不是二項分布。 (C) 錯誤。每次都出現人頭,只有一種結果,X 恆等於 10,不是每次有成功與失敗兩種結果的試驗,依課本的定義不算二項分布。另一種看法是把它當成成功機率為 1 的特殊情形,寫在下面的說明。 (D) 錯誤。取後不放回,前面取到什麼顏色會改變後面取到紅球的機率,各次的成功機率不固定。 (E) 正確。一次取 2 球共 C24​=6 種取法,兩球同色有 C22​+C22​=2 種,每次同色的機率是 31​;取後放回,各次互不影響,X∼B(5,31​)。
選項 (C) 有兩種看法。本頁採用的是:每次只有人頭一種結果,不算二項分布。另一種看法是把它當成成功機率 p=1 的特殊情形(P(X=10)=1),照這個看法答案是 (A)(C)(E)。課堂上以哪一種為準,請依學校老師的說明。卷面第四個選項的代號印作 (C),依順序是 (D)。
第 2 題答案 (C)(D)(E)。設反面的機率是 q,正面是 2q,q+2q=1,所以正面的機率 p=32​,X∼B(20,32​)。 (A) 錯誤。可能值是 0,1,2,…,20,共 21 種。 (B) 錯誤。期望值 np=20×32​=340​。 (C) 正確。變異數 np(1−p)=20×32​×31​=940​,比 4 大(因為 40>36),所以標準差 940​​>2。 (D) 正確。把相鄰兩項相除: P(X=k)P(X=k+1)​=Ck20​Ck+120​​×1/32/3​=k+12(20−k)​ 取 k=6 得 72×14​=4>1,所以 P(X=6)<P(X=7)。 (E) 正確。同一個式子取 k=13 得 142×7​=1,所以 P(X=13)=P(X=14)。
標準差 940​​=3210​​≈2.108。P(X=13) 與 P(X=14) 相等,而且是所有機率中最大的兩項(都約 0.182)。
X∼B(n,p):可能值是 0 到 n,P(X=k)=Ckn​pk(1−p)n−k,期望值 np,變異數 np(1−p)。比較相鄰兩項的大小,用相除最快。

02多選第 3、4 題:先後抽籤、猜答案的分數

第 3 題答案 (A)(B)(C)(D)(選項 (C) 另有一種讀法,寫在後面)。 (A) 正確。100 支籤中二獎有 2 支,甲先抽,機率 1002​=0.02。 (B) 正確。乙抽到特獎,表示甲沒抽到特獎而且乙抽到:10099​×991​=1001​=0.01。 (C) 甲抽得三獎的機率是 10017​。乙抽得三獎分成甲抽到三獎、甲沒抽到三獎兩種情形: 10017​×9916​+10083​×9917​=990017×(16+83)​=10017​ 兩人的機率相等。卷面這個選項的句子同時印了「大於」與「相等」;依句尾讀作「兩者相等」,這個選項正確。 (D) 正確。甲的期望值 =2000×1001​+500×1002​+100×10017​=20+10+17=47(元)。 (E) 錯誤。用 (B)(C) 的算法,乙抽到特獎、二獎、三獎的機率也是 1001​,1002​,10017​,所以乙的期望值也是 47 元,兩人相等。
選項 (C) 若讀作「甲抽得三獎的機率大於乙抽得三獎的機率」,因為兩者相等,這個選項就不對,答案變成 (A)(B)(D)。抽籤不放回時,先抽與後抽抽到每一種獎的機率都一樣。
第 4 題答案 (A)(C)(E)。每題猜對的機率是 51​,25 題互不影響,X∼B(25,51​);每答對一題得 4 分,所以 Y=4X。 (A) 正確。E(X)=25×51​=5。 (B) 錯誤。Var(X)=25×51​×54​=4。 (C) 正確。E(Y)=4E(X)=20。 (D) 錯誤。Var(Y)=42Var(X)=16×4=64。 (E) 正確。由 Var(Y)=E(Y2)−(E(Y))2 得 E(Y2)=64+202=464。
選項 (B) 的 2 是標準差,選項 (D) 的 16 是係數的平方,都不是所問的量。
E(aX+b)=aE(X)+b,Var(aX+b)=a2Var(X);E(X2)=Var(X)+(E(X))2。

03填充第 1、2 題(本頁第 5~7 題):機率總和、期望值、公平遊戲

第 5 題六個機率的總和是 1: n1+2+3+4+5+6​=n21​=1 所以 n=21。
第 6 題出現 k 點得 2k 元,機率是 21k​,所以 E(X)=k=1∑6​2k×21k​=212(1+4+9+16+25+36)​=21182​=326​ (元)。
X 是得到的錢數(2,4,…,12),不是點數;點數的期望值是 313​,錢數是它的 2 倍。
第 7 題一次取 2 球共 C24​=6 種取法:兩球皆紅 1 種,兩球皆白 1 種,一紅一白 2×2=4 種,機率依序是 61​,61​,64​。設顏色不同時要賠 x 元,遊戲公平表示所得的期望值是 0: 50×61​+30×61​−x×64​=0 80=4x,所以 x=20。
「賠」表示所得是負的,列式時這一項要用減的。
機率分布的機率總和是 1;公平的遊戲是所得的期望值等於 0。

04填充第 3、4 題(本頁第 8、9 題):保險利潤與獎金的期望值

第 8 題保險公司先收保費 2200 元。給付的期望值是 100000×1001​+5000×1004​=1000+200=1200 (元)。所以利潤的期望值 =2200−1200=1000 元。
10 萬元要寫成 100000 再乘機率。兩種給付各自乘上自己的機率後相加即可。
第 9 題任取 2 球共 C212​=66 種取法,依顏色分類,金額是兩球獎金的和: 兩球取法數金額​紅紅10200​黑黑6500​白白3600​紅黑20350​紅白15400​黑白12550​​ 期望值 66200×10+500×6+600×3+350×20+400×15+550×12​=6626400​=400 (元)。
取法數合計 10+6+3+20+15+12=66。另一個看法:一顆球的平均獎金是 12100×5+250×4+300×3​=200 元,取 2 球就是 400 元,可以用來檢查。
期望值是每一種結果的金額乘上它的機率再相加;分類時先確認各類的取法數加起來等於全部。

05填充第 5、6 題(本頁第 10~12 題):重複試驗的機率、二項分布的反求

第 10 題三枚硬幣共 23=8 種等機率的結果,三枚同一面只有全正、全反 2 種,所以每次得一分的機率是 82​=41​。連投五次互不影響,得分 X∼B(5,41​)。 P(X=3)=C35​(41​)3(43​)2=10×10249​=102490​=51245​
「同一面」包含三枚都正面與三枚都反面,機率是 41​,不是 81​。
第 11 題至少四分是得四分或五分: P(X=4)+P(X=5)=C45​(41​)4(43​)+(41​)5=102415​+10241​=102416​=641​
第 12 題投進次數服從 B(n,p),期望值 np=40,變異數 np(1−p)=32。兩式相除得 1−p=4032​=54​,所以 p=51​;代回 n×51​=40 得 n=200。數對 (n,p)=(200,51​)。
題目給的是變異數 32,直接代 np(1−p),不用再平方。數對的順序是先 n 後 p。
二項分布反求:用變異數除以期望值先得到 1−p,再用 np 求 n。

06填充第 7、8 題(本頁第 13、14 題):分枝管道、依抽球結果做判定

第 13 題鋼珠從 O 落到最下面一排,一共經過三個分枝處(第一次分到 A1​ 或 A2​,第二次分到 B1​、B2​ 或 B3​,第三次分到 C1​~C4​),每次向左、向右的機率都是 21​。三次都向左會落在 C1​,每多一次向右,落點就往右移一個出口。所以落在 C2​ 表示三次中恰有一次向右: C13​(21​)3=83​
也可以逐層寫機率:到 A1​ 與 A2​ 各是 21​;到 B1​ 是 41​、到 B2​ 是 42​、到 B3​ 是 41​。能落到 C2​ 的只有 B1​ 向右與 B2​ 向左: 41​×21​+42​×21​=83​
第 14 題白球實際是 3 個,袋中共 4 球,每次抽中黑球的機率是 41​。取後放回,5 次中黑球抽中的次數 X∼B(5,41​)。判定正確就是判定成白球 3 個,也就是黑球抽中次數超過 1 次(X≥2)。先算反面: P(X=0)=(43​)5=1024243​,P(X=1)=C15​×41​×(43​)4=1024405​ 所以 P(X≥2)=1−1024243​−1024405​=1024376​=12847​
「超過 1 次」不含 1 次。正確判定的機率 12847​≈0.367,不到一半,表示這個判定方法在白球是 3 個時並不可靠。
每個分枝各有一半機率向左或向右,落點由向右的次數決定,就是二項分布;「至少」「超過」先看反面。

07計算第 1 題(本頁第 15、16 題):點名人數的機率分布、期望值與變異數

第 15 題點過的人不會再點(題目說「繼續點其他同學」),所以是不放回地逐一點名,點到準備好的同學就停。5 人中 2 人沒準備,最多點到第 3 人一定停,X 的可能值是 1,2,3。 X=1:第一個就點到準備好的,P(X=1)=53​。 X=2:第一個沒準備、第二個準備好,P(X=2)=52​×43​=103​。 X=3:前兩個都沒準備,第三個一定準備好,P(X=3)=52​×41​×1=101​。 機率分布表: X機率​153​​2103​​3101​​​
三個機率相加 106​+103​+101​=1。每點一個人,剩下的人數與沒準備的人數都會變,機率不是固定的,所以這不是二項分布。
第 16 題期望值 E(X)=1×106​+2×103​+3×101​=1015​=23​ 平方的期望值 E(X2)=1×106​+4×103​+9×101​=1027​ 變異數 Var(X)=E(X2)−(E(X))2=1027​−49​=2054−45​=209​
期望值 1.5 人,變異數 0.45。
不放回的逐次試驗,機率要一步一步相乘;變異數用 E(X2)−(E(X))2 計算。

08計算第 2 題(本頁第 17~19 題):兩人合作解題的二項分布

第 17 題「成功解出」的反面是兩人都沒解出。兩人解題互不影響,都沒解出的機率是 (1−32​)(1−21​)=31​×21​=61​,所以每一題被成功解出的機率是 1−61​=65​。
不能把 32​ 與 21​ 直接相加(會超過 1),兩人都解出的情形被重複算了。
第 18 題50 題各自成功解出的機率都是 65​,互不影響,X∼B(50,65​),期望值 E(X)=50×65​=3125​。
約 41.7 題。
第 19 題變異數 =50×65​×61​=36250​,標準差 σX​=36250​​=6250​​=6510​​
約 2.64 題。標準差是變異數開根號,250​=510​ 要化簡。
「至少有一人」先算「都沒有」;確定每次成功的機率後,套 np 與 np(1−p)​。

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高雄新興高中 114 上 高三第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 2 題的選項 E 要把兩個機率相除,會發現比值恰好是一,兩者相等。第 3 題先抽後抽的中獎機率與期望值都一樣,不要憑感覺認為先抽比較有利。第 14 題先看清楚判定規則,白球實際是三個時,要黑球抽中兩次以上才算判定正確,用一減去零次與一次的機率。第 15 題點過的人不會再點,所以最多點到第三個人,機率要用不放回的方式逐次相乘。詳解逐題寫在本頁。

我們學校的段考卷也可以做詳解嗎?

可以。考完把題目頁拍照或掃描,從本頁「上傳考卷」傳給我們,收到後會盡快做好放上來,一樣免費。

這份段考卷可以下載列印嗎?

可以,免註冊。PDF 是 A4 考卷格式,填充與計算題留了作答空間,最後幾頁是答案與逐題詳解。

題目取自高雄新興高中 114 學年度上學期 高三第一次段考 數學乙,由御藍教育重新打字排版;答案逐題重新計算,詳解為御藍教育撰寫。

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