解:
以针的任一位置为样本点,它可以由两个数决定:
针的中点与最接近的平行线之间的距离x,针与平行线的交角φ(见下图左).样本空间为Ω:
{(φ,x),0≤φ≤π,0≤x≤a/2},为一矩形.针与平行线相交的充要条件是g:
x≤sinφ(见下图右).所求概率是P=
.
注:
因为概率P可以用多次重复试验的频率来近似,由此可以得到π的近似值.方法是重复投针N次,(或一次投针若干枚,总计N枚),统计与平行线相交的次数n,则P≈n/N.又因a与l都可精确测量,故从2l/aπ≈n/N,可解得π≈2lN/an.历史上有不少人做过这个试验.做得最好的一位投掷了3408次,算得π≈3.1415929,其精确度已经达到小数点后第六位.
设计一个随机试验,通过大量重复试验得到某种结果,以确定我们感兴趣的某个量,由此而发展的蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法为这种计算提供了一种途径.
课堂小结
几何概型是区别于古典概型的又一概率模型,使用几何概型的概率计算公式时,一定要注意其适用条件:
每个事件发生的概率只与构成该事件区域的长度成比例.
作业
课本习题3.3A组1、2、3.
设计感想
本节课首先对古典概型进行了复习,使学生掌握古典概型的适用条件,巩固了古典概型的概率计算公式,接着设计了多个试验,从课题的引入,到问题的提出都非常有针对性,引人入胜,接着从求概率不能问题引出几何概型这一不同于古典概型的又一概率模型,并通过探究,归纳出几何概型的概率计算公式,同时比较了古典概型和几何概型的区别和联系,通过思路1和思路2两种不同的例题类型和层次,加深理解和运用,由于它们与实际生活联系密切,所以要反复练习,达到为我们的工作与生活服务,然而这部分内容高考是新内容,因此同学们要高度重视,全面把握,争取好成绩.
2019-2020年高中数学《3.3.2均匀随机数的产生》教案新人教A版必修3
教学目标:
1.通过模拟试验,感知应用数字解决问题的方法,了解均匀随机数的概念;掌握利用计算器(计算机)产生均匀随机数的方法;自觉养成动手、动脑的良好习惯.
2.会利用均匀随机数解决具体的有关概率的问题,理解随机模拟的基本思想是用频率估计概率.学习时养成勤学严谨的学习习惯,培养逻辑思维能力和探索创新能力.
教学重点:
掌握[0,1]上均匀随机数的产生及[a,b]上均匀随机数的产生.学会采用适当的随机模拟法去估算几何概率.
教学难点:
利用计算器或计算机产生均匀随机数并运用到概率的实际应用中.
教学方法:
讲授法
课时安排
1课时
教学过程:
一、导入新课
1、复习提问:
(1)什么是几何概型?
(2)几何概型的概率公式是怎样的?
(3)几何概型的特点是什么?
2、在古典概型中我们可以利用(整数值)随机数来模拟古典概型的问题,那么在几何概型中我们能不能通过随机数来模拟试验呢?
如果能够我们如何产生随机数?
又如何利用随机数来模拟几何概型的试验呢?
引出本节课题:
均匀随机数的产生.
二、新课讲授:
提出问题
(1)请说出古典概型的概念、特点和概率的计算公式?
(2)请说出几何概型的概念、特点和概率的计算公式?
(3)给出一个古典概型的问题,我们除了用概率的计算公式计算概率外,还可用什么方法得到概率?
对于几何概型我们是否也能有同样的处理方法呢?
(4)请你根据整数值随机数的产生,用计算器模拟产生[0,1]上的均匀随机数.
(5)请你根据整数值随机数的产生,用计算机模拟产生[0,1]上的均匀随机数.
(6)[a,b]上均匀随机数的产生.
活动:
学生回顾所学知识,相互交流,在教师的指导下,类比前面的试验,一一作出回答,教师及时提示引导.
讨论结果:
(1)在一个试验中如果
a.试验中所有可能出现的基本事件只有有限个;(有限性)
b.每个基本事件出现的可能性相等.(等可能性)
我们将具有这两个特点的概率模型称为古典概率模型(classicalmodelsofprobability),简称古典概型.
古典概型计算任何事件的概率计算公式为:
P(A)=
.
(2)对于一个随机试验,我们将每个基本事件理解为从某个特定的几何区域内随机地取一点,该区域中的每一个点被取到的机会都一样,而一个随机事件的发生则理解为恰好取到上述区域内的某个指定区域中的点.这里的区域可以是线段、平面图形、立体图形等.用这种方法处理随机试验,称为几何概型.
几何概型的基本特点:
a.试验中所有可能出现的结果(基本事件)有无限多个;
b.每个基本事件出现的可能性相等.
几何概型的概率公式:
P(A)=
.
(3)我们可以用计算机或计算器模拟试验产生整数值随机数来近似地得到所求事件的概率,对于几何概型应当也可.
(4)我们常用的是[0,1]上的均匀随机数.可以利用计算器来产生0—1之间的均匀随机数(实数),方法如下:
试验的结果是区间[0,1]内的任何一个实数,而且出现任何一个实数是等可能的,因此,就可以用上面的方法产生的0—1之间的均匀随机数进行随机模拟.
(5)a.选定A1格,键入“=RAND()”,按Enter键,则在此格中的数是随机产生的[0,1]之间的均匀随机数.
b.选定A1格,按Ctrl+C快捷键,选定A2—A50,B1—B50,按Ctrl+V快捷键,则在A2—A50,B1—B50的数均为[0,1]之间的均匀随机数.
(6)[a,b]上均匀随机数的产生:
利用计算器或计算机产生[0,1]上的均匀随机数X=RAND,
然后利用伸缩和平移变换,X=X*(b-a)+a就可以得到[a,b]上的均匀随机数,试验结果是[a,b]内任何一实数,并且是等可能的.
这样我们就可以通过计算机或计算器产生的均匀随机数,用随机模拟的方法估计事件的概率.
三、例题讲解:
例1假设你家订了一份报纸,送报人可能在早上6:
30—7:
30之间把报纸送到你家,你父亲离开家去工作的时间在早上7:
00—8:
00之间,问你父亲在离开家前能得到报纸(称为事件A)的概率是多少?
活动:
用计算机产生随机数模拟试验,我们可以利用计算机产生0—1之间的均匀随机数,利用计算机产生B是0—1的均匀随机数,则送报人送报到家的时间为B+6.5,利用计算机产生A是0—1的均匀随机数,则父亲离家的时间为A+7,如果A+7>B+6.5,即A>B-0.5时,事件E={父亲离家前能得到报纸}发生.也可用几何概率的计算公式计算.
解法一:
1.选定A1格,键入“=RAND()”,按Enter键,则在此格中的数是随机产生的[0,1]之间的均匀随机数.
2.选定A1格,按Ctrl+C快捷键,选定A2—A50,B1—B50,按Ctrl+V快捷键,则在A2—A50,B1—B50的数均为[0,1]之间的均匀随机数.用A列的数加7表示父亲离开家的时间,B列的数加6.5表示报纸到达的时间.这样我们相当于做了50次随机试验.
3.如果A+7>B+6.5,即A-B>-0.5,则表示父亲在离开家前能得到报纸.
4.选定D1格,键入“=A1-B1”;再选定D1,按Ctrl+C,选定D2—D50,按Ctrl+V.
5.选定E1格,键入频数函数“=FREQUENCY(D1:
D50,-0.5)”,按Enter键,此数是统计D列中,比-0.5小的数的个数,即父亲在离开家前不能得到报纸的频数.
6.选定F1格,键入“=1-E1/50”,按Enter键,此数是表示统计50次试验中,父亲在离开家前能得到报纸的频率.
解法二:
(见教材138页)
例2在如下图的正方形中随机撒一把豆子,用计算机随机模拟的方法估算圆周率的值.
解法1:
(见教材139页)
解法2:
(1)用计算机产生两组[0,1]内均匀随机数a1=RAND(),b1=RAND().
(2)经过平移和伸缩变换,a=(a1-0.5)*2,b=(b1-0.5)*2.
(3)数出落在圆x2+y2=1内的点(a,b)的个数N1,计算π=(N代表落在正方形中的点(a,b)的个数).
点评:
可以发现,随着试验次数的增加,得到圆周率的近似值的精确度会越来越高,利用几何概型并通过随机模拟的方法可以近似计算不规则图形的面积.
例3利用随机模拟方法计算下图中阴影部分(y=1和y=x2所围成的部分)的面积.
解:
(略)
四、课堂练习:
教材140页练习:
1、2
五、课堂小结:
均匀随机数在日常生活中有着广泛的应用,我们可以利用计算器或计算机来产生均匀随机数,从而来模拟随机试验,其具体方法是:
建立一个概率模型,它与某些我们感兴趣的量(如概率值、常数)有关,然后设计适当的试验,并通过这个试验的结果来确定这些量.
六、课后作业:
1、课本习题3.3B组题.
2、复习本章
1、利用计算器来产生0—1之间的均匀随机数
3.3.2均匀随机数的产生
板书设计
2、例题讲解
教学反思: