在东京奥运会中,甲、乙、丙三名跳水运动员参加小组赛,已知甲晋级的概率为p(0<p<1)p(0< p< 1),乙、丙晋级的概率均为q(0<q<1)q(0< q< 1),且三人是否晋级相互对立. (1)若甲成功晋级的概率与乙、丙两人均没有晋级的概率相等,与乙、丙两人有且仅有一人晋级的概率也相等,求pp,qq; (2)若p=12p=\dfrac{1}{2},记三个人中成功晋级的人数为ξξ,若ξ=0ξ=0时和ξ=3ξ=3时的概率相等,求E(ξ).E(ξ).

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完整解法

(1)

1. 根据题意建立关于 $p, q$ 的方程组

根据题意,乙、丙两人均没有晋级的概率为 (1−q)2(1-q)^2;
乙、丙两人有且仅有一人晋级的概率为 C21q(1−q)=2q(1−q)C_2^1 q(1-q) = 2q(1-q)。
根据甲成功晋级的概率与这两者均相等,可得方程组:
{p=(1−q)2p=2q(1−q)\begin{cases} p = (1-q)^2 \\ p = 2q(1-q) \end{cases}

2. 求解方程组并检验 $p, q$ 的取值范围

由方程组得:
(1−q)2=2q(1−q)(1-q)^2 = 2q(1-q)
因为 0<q<10 < q < 1,所以 1−q≠01-q \neq 0。方程两边同除以 1−q1-q 得:
1−q=2q  ⟹  3q=1  ⟹  q=131-q = 2q \implies 3q = 1 \implies q = \dfrac{1}{3}
将 q=13q = \dfrac{1}{3} 代入 p=(1−q)2p = (1-q)^2 中,得:
p=(1−13)2=49p = \left(1 - \dfrac{1}{3}\right)^2 = \dfrac{4}{9}
经检验,p=49,q=13p = \dfrac{4}{9}, q = \dfrac{1}{3} 均在区间 (0,1)(0, 1) 内,符合题意。

答案

p=49p = \frac{4}{9}, q=13q = \frac{1}{3}

(2)

1. 由 $P(\xi=0) = P(\xi=3)$ 建立方程求出 $q$ 的值

若 p=12p = \dfrac{1}{2},成功晋级的人数 ξ\xi 的可能取值为 0,1,2,30, 1, 2, 3。
其中,ξ=0\xi=0 表示三人均没有晋级:
P(ξ=0)=(1−p)(1−q)2=(1−12)(1−q)2=12(1−q)2P(\xi=0) = (1-p)(1-q)^2 = \left(1 - \dfrac{1}{2}\right)(1-q)^2 = \dfrac{1}{2}(1-q)^2
ξ=3\xi=3 表示三人全部晋级:
P(ξ=3)=pq2=12q2P(\xi=3) = p q^2 = \dfrac{1}{2}q^2
由 P(ξ=0)=P(ξ=3)P(\xi=0) = P(\xi=3) 得:
12(1−q)2=12q2  ⟹  (1−q)2=q2\dfrac{1}{2}(1-q)^2 = \dfrac{1}{2}q^2 \implies (1-q)^2 = q^2
因为 0<q<10 < q < 1,所以有 1−q=q  ⟹  q=121-q = q \implies q = \dfrac{1}{2}。

2. 识别分布列类型并求其数学期望

因为 p=12p = \dfrac{1}{2} 且 q=12q = \dfrac{1}{2},所以三人成功晋级的概率均为 12\dfrac{1}{2},且三人是否晋级相互独立。
因此,晋级人数 ξ\xi 服从二项分布,即 ξ∼B(3,12)\xi \sim B\left(3, \dfrac{1}{2}\right)。
故其数学期望为:
E(ξ)=n⋅P=3×12=32E(\xi) = n \cdot P = 3 \times \dfrac{1}{2} = \dfrac{3}{2}
(注:亦可通过列出分布列后利用公式 E(ξ)=∑xipiE(\xi) = \sum x_i p_i 计算,结果相同)。

答案

E(ξ)=32E(\xi) = \frac{3}{2}

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