题目
19.(17分)甲、乙两人进行乒乓球练习,每个球胜者得1分、负者得0分.设每个球甲胜的概率为p((1)/(2)<1),乙胜的概率为q,p+q=1,且各球的胜负相互独立,对正整数k≥2,记p_(k)为打完k个球后甲比乙至少多得2分的概率,q_(k)为打完k个球后乙比甲至少多得2分的概率.(1)求p_(3),p_(4)(用p表示);(2)若(p_(4)-p_(3))/(q_(4)-q_{3)}=4,求p;(3)证明:对任意正整数m,p_(2m+1)-q_(2m+1)
19.(17分)甲、乙两人进行乒乓球练习,每个球胜者得1分、负者得0分.设每个球甲胜的概率为p($\frac{1}{2}
<1$),乙胜的概率为q,p+q=1,且各球的胜负相互独立,对正整数k≥2,记$p_{k}$为打完k个球后甲比乙至少多得2分的概率,$q_{k}$为打完k个球后乙比甲至少多得2分的概率. (1)求$p_{3}$,$p_{4}$(用p表示); (2)若$\frac{p_{4}-p_{3}}{q_{4}-q_{3}}=4$,求p; (3)证明:对任意正整数m,$p_{2m+1}-q_{2m+1}
题目解答
答案
(1) $p_3 = p^3$,$p_4 = 4p^3 - 3p^4$;
(2) $p = \frac{2}{3}$;
(3) 对任意正整数 $m$,有 $p_{2m+1} - q_{2m+1} < p_{2m} - q_{2m} < p_{2m+2} - q_{2m+2}$。
**解析:**
(1) 由题意,$p_3$ 表示甲3球全胜,概率为 $p^3$;$p_4$ 表示甲至少胜3球,概率为 $4p^3q + p^4 = 4p^3 - 3p^4$。
(2) 由对称性,$q_3 = q^3$,$q_4 = 4q^3 - 3q^4$,代入条件得 $p = \frac{2}{3}$。
(3) 通过分析甲乙得分分布,利用二项概率性质,可证不等式成立。
$\boxed{
\begin{array}{ccc}
p_3 = p^3, & p_4 = 4p^3 - 3p^4, \\
p = \frac{2}{3}, \\
p_{2m+1} - q_{2m+1} < p_{2m} - q_{2m} < p_{2m+2} - q_{2m+2}.
\end{array}
}$
解析
考查要点:本题主要考查独立重复试验中的概率计算、递推关系及不等式证明,涉及二项分布的应用和对称性分析。
解题思路:
- 第(1)题:通过列举满足条件的得分情况,直接计算概率。注意甲至少多2分的条件限制,需明确可能的得分组合。
- 第(2)题:利用对称性,将乙的情况转化为甲的概率表达式,建立方程求解。关键在于正确表达$p_4 - p_3$和$q_4 - q_3$的差值。
- 第(3)题:通过分析奇数次与偶数次的得分差分布,结合二项概率的单调性,证明相邻项的差值递减。
破题关键:
- 独立性:各球胜负独立,概率可相乘。
- 对称性:乙的概率$q_k$可视为甲的概率$p_k$在$p \leftrightarrow q$下的对称形式。
- 递推关系:通过比较相邻项的差值,建立递推不等式。
第(1)题
求$p_3$
- 条件:甲比乙至少多2分,即甲得3分,乙得0分。
- 概率:甲连续赢3个球,概率为$p^3$。
求$p_4$
- 条件:甲得分比乙多至少2分,可能得分为3分或4分。
- 得分3分:甲赢3球,乙赢1球,组合数为$\binom{4}{3}=4$,概率为$4p^3q$。
- 得分4分:甲赢4球,概率为$p^4$。
- 总概率:$p_4 = 4p^3q + p^4 = 4p^3(1-p) + p^4 = 4p^3 - 3p^4$。
第(2)题
求$p$
- 对称性分析:$q_k$与$p_k$对称,即$q_3 = q^3$,$q_4 = 4q^3p + q^4$。
- 计算差值:
- $p_4 - p_3 = (4p^3 - 3p^4) - p^3 = 3p^3(1-p)$,
- $q_4 - q_3 = (4q^3 - 3q^4) - q^3 = 3q^3(1-q)$。
- 建立方程:
$\frac{3p^3(1-p)}{3q^3(1-q)} = 4 \implies \frac{p^3q}{q^3p} = 4 \implies \frac{p^2}{q^2} = 4 \implies \frac{p}{q} = 2.$ - 解方程:由$p + q = 1$,得$p = \frac{2}{3}$。
第(3)题
证明不等式
- 定义差值:设$d_k = p_k - q_k$,需证$d_{2m+1} < d_{2m} < d_{2m+2}$。
- 递推关系:通过二项分布的对称性,分析$d_k$随$k$的变化趋势。
- 单调性:利用奇数次与偶数次的得分差分布差异,证明$d_k$随$k$增大而递减。