御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:離散型隨機變數(機率分布、期望值、變異數與標準差)、二項分布與幾何分布、複數的運算

蘭陽女中 113 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 17 題,照原卷順序

單選題 2 題(10 分)、多選題 5 題(40 分)、填充題 10 題(50 分),合計 100 分;卷面只印各大題的總分,沒有印每題配分與多選題的給分方式。答案已與學校公布的答案逐題核對

一、單選題(10 分)
1
右圖是下列哪個機率質量函數的圖:
  1. (1) 擲一硬幣二次,隨機變數 X 表出現正面的次數
  2. (2) 擲一硬幣三次,隨機變數 X 表出現正面的次數
  3. (3) 擲一骰子二次,隨機變數 X 表出現 6 點的次數
  4. (4) 翻一副 52 張四種花色的撲克牌,連抽二次,隨機變數 X 表示抽出 2 張牌中,花色為紅心的張數
  5. (5) 袋中有 3 白球 2 黑球,自袋中取出 2 球,隨機變數 X 表示取出白球個數
載入中...
2
下列敘述何者為真?
  1. (1) i4​=i2
  2. (2) 3i>−3i
  3. (3) i2+i21​=0
  4. (4) 1+i+i2+i3+i4=0
  5. (5) i+i1​=0
二、多選題(40 分)
3
若 X 為離散型隨機變數,X 的機率分布表如下,則下列敘述哪些是正確的? xk​P(X=xk​)​−20.2​−10.1​00.4​10.2​20.1​​
  1. (1) P(∣X∣<2)=0.7
  2. (2) P(X≥1)=0.7
  3. (3) E(X)=0.1
  4. (4) Var(X)=1.09
  5. (5) σ(X)=1.49​
4
擲一公正骰子 2 次,設隨機變數 X 表示投擲二次骰子的點數和,則下列何者正確?
  1. (1) P(X≤3)=121​
  2. (2) P(5<X≤8)=95​
  3. (3) P(X≥10)=367​
  4. (4) P(X 為偶數)=21​
  5. (5) P(X 為奇數)=3619​
5
重複操作一個成功機率是 51​ 的伯努力試驗(通行寫法是伯努利試驗),且每次試驗結果都是獨立的,選出正確的選項。
  1. (1) 直到第 4 次才出現第一次成功的機率為 12516​
  2. (2) 此試驗出現第一次成功所需的次數之期望值為 5 次
  3. (3) 4 次試驗中恰出現 2 次成功的機率為 21​
  4. (4) 若重複操作此試驗 100 次,則成功 20 次的機率最高
  5. (5) 若重複操作此試驗 100 次,則成功次數的標準差為 2 次
6
隨機變數 X 的機率分布是 n=24,p=0.4 的二項分布,試問下列哪些選項是正確的?
  1. (1) X 的可能值有 24 個
  2. (2) X=9 與 X=10 的機率相同
  3. (3) X 的期望值小於 10
  4. (4) X 的變異數大於 6
  5. (5) X 的標準差小於 2
7
選出正確的選項。
  1. (1) −2​×3​=(−2)×3​
  2. (2) −2​×−3​=(−2)×(−3)​
  3. (3) −3​−2​​=−3−2​​
  4. (4) −3​2​​=−32​​
  5. (5) 3​−2​​=3−2​​
三、填充題(50 分,答案若為分數或根式,請化至最簡)(本頁第 8~17 題依序為卷面填充題 A~J)
8
某百貨公司推出購物摸彩送禮券的活動,摸彩箱中裝有 300 元、500 元、700 元、900 元的禮券分別各有 1、2、3、4 張。從箱中取出一張,且每張禮券被取到的機會均等。設隨機變數 X 表示取出禮券所代表的金額,求 X 的標準差為 ____ 元
9
箱中有黃球 2 顆、紅球 5 顆與白球 n 顆。從箱中取出一球,且每球被取到的機會均等。取出球的顏色為黃球、紅球與白球分別可得 500 元、200 元與 0 元,並令隨機變數 X 表示取出一球所得的金額。已知 X 的期望值為 100 元,求 n= ____
10
袋中有 2 個黑球,5 個紅球,今由袋中逐次一一取出球,設各球被取出的機會均等,且取出後不再放回,直到取出的是紅球才停止,求取出球數的變異數為 ____
11
已知隨機變數 X 滿足 E(X)=4,Var(X)=3。若 Y=−2X+10,求 Y 的標準差 σ(Y)= ____
12
右圖是一個彈珠檯的示意圖,從上方放入一顆彈珠,假設彈珠每次滑落撞擊到釘柱時,會隨機的向右或向左落下,進而撞擊到下一層的釘柱,總共撞擊 4 次,最後落到下方編號 0 到 4 的格子中。已知彈珠每次撞擊後向右或向左落下的機率相等,求彈珠落到 1 號格子的機率為 ____
載入中...
13
有一粒公正的圖案骰子,其中有 4 面是「○」的圖案,其餘 2 面皆為「╳」的圖案。擲此骰子 5 次,觀察出現「○」或「╳」的圖案之情形,求至多出現 2 次「○」圖案的機率為 ____
14
袋中有大小相同的紅球 3 顆、白球 1 顆。每次從袋中取出一球,觀察顏色後再放回袋中。設每一次取球都為獨立事件,且每球被取到的機會均等。求直到第 4 次才取到白球的機率為 ____
15
右圖是一街道圖,有一輛電動車從 S 點沿著捷徑行駛到 A 點的機率是到 B 點的 34​ 倍。已知在每個岔路電動車向右行駛的機率為 p,向上行駛的機率為 1−p,求 p= ____
載入中...
16
有一硬幣,其出現正面的機率為 p,若擲此硬幣 n 次的正面次數 X 的期望值為 2,標準差為 323​​,則 P(X>3) 之值為 ____
17
已知 α,β 為方程式 x2+8x+1=0 的兩根,求 αβ2​+βα2​= ____
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(2)
第 2 題(5)
第 3 題(1)(5)
第 4 題(1)(4)
第 5 題(2)(4)
第 6 題(2)(3)
第 7 題(1)(3)(5)
第 8 題200
第 9 題13
第 10 題6320​
第 11 題23​
第 12 題41​
第 13 題8117​
第 14 題25627​
第 15 題32​
第 16 題72973​
第 17 題−488
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01單選 1~2:辨認機率質量函數、虛數單位的運算

第 1 題答案 (2)。由圖讀出 X 可取 0,1,2,3,機率依序約為 0.125, 0.375, 0.375, 0.125,也就是 81​, 83​, 83​, 81​。(1)、(3)、(4)、(5) 的 X 最多只到 2,取不到 3,都不合。(2) 擲硬幣三次,正面次數 X 的機率是 P(X=k)=Ck3​(21​)3,依序為 81​, 83​, 83​, 81​,與圖相符。
先看橫軸有哪些取值,就能刪掉取值個數不對的選項,再核對高度。
第 2 題答案 (5)。(1) i4=1,所以 i4​=1​=1,而 i2=−1,兩邊不相等,錯。(2) 3i 與 −3i 都是虛數,虛數不能比較大小,錯。(3) i2+i21​=−1+−11​=−2,錯。(4) 1+i+i2+i3+i4=1+i−1−i+1=1,錯。(5) i1​=i2i​=−i,所以 i+i1​=i−i=0,對。
1+i+i2+i3=0 是連續四項的和;(4) 有五項,多出來的 i4=1 要加進去。
機率質量函數的圖先看取值範圍再看高度;虛數單位的次方每四個一循環,倒數是負的自己。

02多選 3~4:由機率分布求機率、期望值與變異數

第 3 題答案 (1)(5)。(1) ∣X∣<2 即 X=−1,0,1,機率 0.1+0.4+0.2=0.7,對。(2) P(X≥1)=0.2+0.1=0.3,錯。(3) E(X)=(−2)(0.2)+(−1)(0.1)+0(0.4)+1(0.2)+2(0.1)=−0.4−0.1+0.2+0.2=−0.1,錯(正負號不同)。(4) E(X2)=4(0.2)+1(0.1)+0+1(0.2)+4(0.1)=1.5,Var(X)=E(X2)−(E(X))2=1.5−0.01=1.49,錯。(5) σ(X)=Var(X)​=1.49​,對。
Var(X)=E(X2)−(E(X))2;即使期望值的正負號算錯,平方後變異數仍相同,所以 (3) 要另外檢查。
第 4 題答案 (1)(4)。擲兩次共 36 種等機率的結果,點數和 2,3,…,12 的種數依序為 1,2,3,4,5,6,5,4,3,2,1。(1) X≤3 有 1+2=3 種,機率 363​=121​,對。(2) 5<X≤8 即 X=6,7,8,有 5+6+5=16 種,機率 3616​=94​,錯。(3) X≥10 有 3+2+1=6 種,機率 366​=61​,錯。(4) 和為偶數(2,4,6,8,10,12)有 1+3+5+5+3+1=18 種,機率 3618​=21​,對。(5) 和為奇數的機率是 1−21​=21​,錯。
(2) 的範圍是 5<X≤8,不含 5;若把 X=5 的 4 種也算進去,就會得到 3620​=95​。
先把機率分布完整列出來,再依不等號有沒有等號決定哪些取值要算進去。

03多選 5~6:幾何分布與二項分布

第 5 題答案 (2)(4)。成功機率 p=51​,失敗機率 54​。(1) 前 3 次失敗、第 4 次成功:(54​)3⋅51​=62564​,錯。(2) 第一次成功所需的次數是幾何分布,期望值 p1​=5,對。(3) C24​(51​)2(54​)2=6⋅62516​=62596​,錯。(4) 成功次數 X 是 n=100、p=51​ 的二項分布,P(X=k)P(X=k+1)​=k+1100−k​⋅4/51/5​=4(k+1)100−k​。這個比值大於 1 相當於 100−k>4k+4,即 k<19.2。所以 k≤19 時機率一路變大(到 X=20 為止),k≥20 之後一路變小,X=20 的機率最高,對。(5) 標準差 100⋅51​⋅54​​=16​=4,錯。
(1) 的 12516​ 是 (54​)2⋅51​,少算了一次失敗。(4) 也可以記成:(n+1)p=20.2 不是整數時,機率最高的次數是不超過它的最大整數 20。
第 6 題答案 (2)(3)。(1) X 可取 0,1,2,…,24,共 25 個值,錯。(2) P(X=9)P(X=10)​=C924​(0.4)9(0.6)15C1024​(0.4)10(0.6)14​=1015​⋅0.60.4​=1,兩個機率相同,對。(3) E(X)=24×0.4=9.6<10,對。(4) Var(X)=24×0.4×0.6=5.76<6,錯。(5) σ(X)=5.76​=2.4>2,錯。
C924​C1024​​=1024−9​=1015​;相鄰兩項的比只要看這個分數乘上 1−pp​。
二項分布相鄰兩項相除,就能判斷機率在哪裡最大、哪兩項相等。

04多選 7:負數的平方根

第 7 題答案 (1)(3)(5)。負數的平方根先寫成虛數:−2​=2​i,−3​=3​i。(1) 左邊 2​i⋅3​=6​i,右邊 −6​=6​i,對。(2) 左邊 2​i⋅3​i=6​i2=−6​,右邊 6​,錯。(3) 左邊 3​i2​i​=3​2​​=32​​,右邊 −3−2​​=32​​,對。(4) 左邊 3​i2​​=3​2​​⋅i1​=−32​​i,右邊 −32​​=32​​i,差一個負號,錯。(5) 左邊 3​2​i​=32​​i,右邊 −32​​=32​​i,對。
a​⋅b​=ab​ 只在 a,b 同為負數時不成立;b​a​​=ba​​ 只在 a>0、b<0 時不成立。
看到負數的平方根,先把虛數單位提出來再做乘除。

05填充 A~D(第 8~11 題):期望值、變異數與標準差

第 8 題答案 200。共 1+2+3+4=10 張,P(X=300)=101​、P(X=500)=102​、P(X=700)=103​、P(X=900)=104​。E(X)=10300+1000+2100+3600​=700。Var(X)=10(−400)2⋅1+(−200)2⋅2+02⋅3+2002⋅4​=10160000+80000+160000​=40000,標準差 40000​=200(元)。
期望值是整數時,直接用「各取值與期望值的差的平方」乘上機率再相加,比先算 E(X2) 省事。
第 9 題答案 13。共 7+n 顆球,E(X)=500⋅7+n2​+200⋅7+n5​+0=7+n2000​=100,所以 7+n=20,n=13。
第 10 題答案 6320​。設取出球數為 X,黑球只有 2 個,所以 X=1,2,3。P(X=1)=75​;P(X=2)=72​⋅65​=215​;P(X=3)=72​⋅61​⋅1=211​(三者相加為 1)。E(X)=1⋅2115​+2⋅215​+3⋅211​=2128​=34​,E(X2)=1⋅2115​+4⋅215​+9⋅211​=2144​。Var(X)=2144​−(34​)2=63132−112​=6320​。
取後不放回,每次的機率都會變,不是幾何分布,要逐個取值算機率。
第 11 題答案 23​。Var(Y)=Var(−2X+10)=(−2)2Var(X)=4×3=12,所以 σ(Y)=12​=23​。也可以直接用 σ(aX+b)=∣a∣σ(X)=23​。
加上常數 10 不影響標準差;乘以 −2 時標準差乘以 ∣−2∣=2,不會變成負的。
先列出機率分布並檢查總和為 1,再算期望值與變異數;一次變換只有係數的絕對值會影響標準差。

06填充 E~G(第 12~14 題):二項分布與幾何分布的機率

第 12 題答案 41​。彈珠共撞擊 4 次,每次向右或向左的機率都是 21​。格子由左到右編號 0 到 4,落到 k 號格子相當於 4 次中恰有 k 次向右。所以落到 1 號格子的機率是 C14​(21​)1(21​)3=164​=41​。
左右機率相等,所以把「向右」換成「向左」來數,答案一樣。
第 13 題答案 8117​。每次出現「○」的機率是 64​=32​,出現「╳」的機率是 31​。設 5 次中「○」出現 X 次,則 P(X≤2)=(31​)5+C15​(32​)(31​)4+C25​(32​)2(31​)3=2431+10+40​=24351​=8117​。
「至多 2 次」包含 0 次、1 次、2 次三種情形。
第 14 題答案 25627​。每次取到白球的機率是 41​,取到紅球的機率是 43​,而且每次取完放回,各次獨立。直到第 4 次才取到白球,表示前 3 次都是紅球、第 4 次是白球:(43​)3⋅41​=25627​。
先分清楚是「固定次數中成功幾次」還是「第幾次才第一次成功」,再套對應的機率式。

07填充 H~I(第 15~16 題):由條件反求二項分布的參數

第 15 題答案 32​。走捷徑表示每一步只向右或向上。以 S 為原點,由圖知 A 在向右 3 格、向上 1 格的位置,B 在向右 2 格、向上 2 格的位置,兩點都是走 4 步到達。到 A 的機率是 C34​p3(1−p)=4p3(1−p),到 B 的機率是 C24​p2(1−p)2=6p2(1−p)2。依題意 4p3(1−p)=34​⋅6p2(1−p)2=8p2(1−p)2。因為 0<p<1,兩邊同除以 4p2(1−p) 得 p=2(1−p),所以 p=32​。
走到 A 或 B 之前的 4 步都還沒碰到街道圖的上緣與右緣,所以每一步都是「向右 p、向上 1−p」。
第 16 題答案 72973​。X 是二項分布,E(X)=np=2,Var(X)=np(1−p)=(323​​)2=34​。兩式相除得 1−p=32​,所以 p=31​,n=6。P(X>3)=P(X=4)+P(X=5)+P(X=6)=C46​(31​)4(32​)2+C56​(31​)5(32​)+(31​)6=72960+12+1​=72973​。
X>3 不含 X=3;若把 X=3 的 729160​ 也算進去就會多算。
二項分布的期望值與變異數相除就得到失敗機率,再回頭求次數。

08填充 J(第 17 題):根與係數的關係

第 17 題答案 −488。由根與係數的關係,α+β=−8,αβ=1。通分得 αβ2​+βα2​=αβα3+β3​。而 α3+β3=(α+β)3−3αβ(α+β)=(−8)3−3⋅1⋅(−8)=−512+24=−488,所以所求為 1−488​=−488。
判別式 64−4=60>0,兩根都是實數,而且和為負、積為正,所以兩根都是負數,所求的值是負的也合理。
對稱式先通分,再用兩根的和與積表示。

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蘭陽女中 113 上 高三第一次段考數學哪幾題最容易錯?

多選第 5 題的選項 4:要比較相鄰兩個成功次數的機率,才能確定成功 20 次的機率最高。多選第 7 題:負數的平方根要先把虛數單位提出來,兩個負數相乘、正數除以負數這兩種情形不能直接併進同一個根號。填充 C(本頁第 10 題):取後不放回,取出球數只可能是 1、2、3,要逐一算機率再求變異數。填充 H(本頁第 15 題):從圖上數出到兩個點各要向右、向上幾步,再把機率的倍數關係列成方程式。詳解逐題寫在本頁。

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