几何概型概率模型构建的辨析:几何概型的概率公式

时间:2019-01-18 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  解决几何概型的问题,常常需要构建一些概率模型,将概率的问题,转化为线段的长度比、图形的面积比、角度比、几何体的体积比来求概率。但在解决问题的时候,一定要注意事件是怎样形成的,正确理解概率发生满足的条件,准确选择对应的概率模型进行计算。
  例1 如图1,在矩形ABCD中,AB=23,BC=2,对角
  线AC,BD相交于O,将两对角线分成的四个区域内分别涂上
  红、黄、蓝、黑,在O点处装一指针,使其可以在平面ABCD
  内自由转动,则指针停下时,指针落在红色区域的概率为()
  ?A.?14 ?B.? 13 ?C.? 38 ?D?.38
  错解 构建面积模型求概率。设指针落在红色区域记为事件A,又红色区域的面积为整个区域面积的14,故所求事件A的概率为P(A) = 14,故答案选?A。?
  正解 构建指针转过的弧度比值,求概率。
  因为∠COD=2?π?3,周角为2?π?,
  所以P(A)=2?π?32?π?=13,故答案选?B?。
  辨析 本题求的是,当指针作圆周运动时,指针落在红色区域的概率,所以应用指针旋转的角度来刻画概率,而不能用面积的大小来刻画。
  变式对照 如图2,在矩形ABCD中,AB=23,
  BC=2,对角线AC,BD相交于O,将两对角线分成的四
  个区域内分别涂上红、黄、蓝、黑,现随机均匀地向矩
  形ABCD内部撒沙粒,则沙粒落在红色区域的概率为()
   ?A.?14?B.? 13?C.? 38?D.?38
  (提示:P(A)=S??ΔCOD?S??矩形ABCD?)。
  例2 如图3所示,在直角三角形ABC中,∠A=30°,过直角顶点C作射线CM交线段AB于M,求使AM>AC的概率。
  错解 构建线段长的比值求概率。
  记AM>AC为事件A,设BC=a,
  因为ΔABC为直角三角形,且∠A=30°,
  所以AB=2a,AC=3a,则MB=AB-AM=2a-3a,
  那么AM>AC的概率
  P(A)=MBAB=2a-3a2a=2-32≈0.134。
  正解 构建角度的比值求概率。
  记AM>AC为事件A,由题意,在△ABC中,?∠ACB=90°?,当AM=AC时,∠ACM=75°,当AM>AC时,∠BCM=15°=?π?12,由几何概型的概率知:
  P(A)=∠BCM∠ACB=?π?12?π?2=16≈0.167。
  辨析 两种解法的不同之处在于理解事件发生的过程是不同的。误解的过程,只考虑了M在AB上运动,求满足AM>AC的概率,没有考虑M是怎样产生的。正解准确地反映了题意,即过C作射线CM交线段AB于M,当射线CM绕点C旋转时,求AM>AC的概率。因此是用CM旋转的角度来刻画概率。
  变式对照 如图3所示,在直角三角形ABC中,?∠A=30°?,当M在AB上运动时,求使AM>AC的概率。(提示:概率为P(A)=MBAB)
  例3 (2011年湖南卷•文15)已知圆C:x?2+y?2=12,直线l:4x+3y=25。则圆上任意一点到直线的距离小于2的概率为。
  错解 构建长度之比求概率。如图4,
  由点到直线的距离公式得
  d=254?2+3?2=5>12,
  圆心O到直线的距离为5,圆上一点到l时4x+3y=25
  的最大值为n=r+d=12+5,则所求圆上任意一点到
  直线的距离小于2(m=2)的概率为:P=mn=212+5≈0.2363。
  正解 由点到直线的距离公式得d=254?2+3?2=5。知圆心到直线的距离为5,要使圆上的点A到直线l的距离小于2,只需过A作l?1∥l,使l?1与l的距离为2,则l?1与圆相交于B,所得劣弧AB上的点到l的距离小于2。由半径为OA=23,圆心到直线l?1的距离为OC=3,劣弧AB对的圆心角为?π?3,故所求概率为P=?π?32?π?=16≈0.1667。
  辨析 错解把基本事件看成是两平行线间的距离,用两平行线间的距离替代了题意中圆上的点到直线的距离。因为当平行线l?1向l平行移动时,除了和圆相交的交点到直线l的距离小于2外,还存在不在圆上的点,也满足到直线l的距离小于2,因而概率是不等的,且错解的概率要比正解的概率大。
  例4 在半径为1的圆内任取一点,以该点为中点作弦,则其长超过3概率是()
  ?A.?13?B.?14?C.?12?D.?15
  错解 如图5,作圆O的内接正三角形ABD,
  连接DO延长交圆于C,因为OD=1,易知OE=12,
  AB=3,在OC上任取一点P,当P在CE上运动
  时,以P为中点的弦都比AB短,当P在OE上运
  动时,以P为中点的弦都比AB长,由于
  P是圆内任意一点,则所求概率为:P=2CE2OC=12,
  故答案选?C?。
  正解 如图5,正ΔABD的内切圆O的半径
  OE=12,其面积为S?1=?π?4,若在ΔABD的内切圆
  O内任取一点P,以P为中点的弦MN都有MN>AB。
  如图6,因而所求概率P=S??1?S??圆O?=?π?4?π?×1=14,故答案选?B?。
  变式对照 在半径为1的圆上随机取一条弦,则弦长超过圆内接等边三角形的边长的概率是()
  ?A.?13?B.?14
  ?C.?12?D.?15
  解析 构建圆心角的弧度比求概率。如图7,
  作圆内接正三角形BCD,设B点不动,点E在
  劣弧BC或BD上运动,弦长BE小于正ΔBCD的
  边长BC,当E在劣弧CD上运动时,弦BE的长
  大于正ΔBCD的边长,所以所求概率为:
  P=劣弧CD的弧长圆O的弧长=2?π?32?π?=13。
  辨析 例4的错解在于,将圆内的任意一点,固定在圆内的一条直径上运动,使其任意性发生了改变。正解满足的是只要点P取在正ΔABD的内切圆内,那么以P为中点的弦都大于正ΔABD的边长,而在正ΔABD的内切圆外的点P,以P为中点的弦长都小于正ΔABD的边长。例4与变式对照不同,例4是过圆内的点作一条弦,变式对照是在圆上取两点作弦。
  在求解几何概型的概率时,模型的构建是求解概率的关键,而对题意的准确理解,又是获取正确的概率模型的前提,同学们要仔细研究题意,认真类比对照,抓住概率形成的过程,使构建出的模型能准确地反映事件的概率。
  (作者单位:江西省赣州市第一中学)

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