数学必修33.3.2均匀随机数的产生z课件

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1、数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)均匀随机数的产生均匀随机数的产生数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)1.1.古典概型与几何概型的异同古典概型与几何概型的异同.相同：两者基本事件的发生都是等可能的；相同：两者基本事件的发生都是等可能的；不同：古典概型要求基本事件总数有有限个，不同：古典概型要求基本事件总数有有限个，几何概型要求基本事件总数有无限多个几何概型要求基本事件总数有无限多个.复复 习习 2.我们可以利用计算机或计算器产生的整数值我们可以利用计算机或计算器产生的整数值随机数，可以近似估计古典概型的概率随机数，可以近似估计古典概型的概率.步骤？步骤？(1)设计概率模型设计

2、概率模型(2)进行模拟试验进行模拟试验(3)统计试验结果统计试验结果数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)均匀随机数均匀随机数2.电脑中实现电脑中实现:在在Excel中产生中产生0,1区间区间上均匀随机数上均匀随机数.rand()若若(1)产生产生0,100区间上均匀随机数呢？区间上均匀随机数呢？(2)产生产生100,150区间上均匀随机数呢？区间上均匀随机数呢？(3)产生产生a,b区间上均匀随机数呢？区间上均匀随机数呢？1.计算器实现计算器实现对于区间对于区间a,b,实验结果实验结果X是该区间内的任何是该区间内的任何一个实数，且是等可能出现。则一个实数，且是等可能出现。则X为为a,b上

3、上的均匀随机数。的均匀随机数。新新 课课数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)思考思考 计算机只能产生计算机只能产生00，11上的均匀上的均匀随机数，如果需要产生随机数，如果需要产生aa，bb上的均匀上的均匀随机数，对此，你有什么办法解决？随机数，对此，你有什么办法解决？首先利用计算器或计算机产生首先利用计算器或计算机产生0 0，1 1上上的均匀随机数的均匀随机数X=RAND,X=RAND,然后利用伸缩然后利用伸缩和平移变换：和平移变换：Y=XY=X*(ba)(ba)a a计算计算Y Y的的值，则值，则Y Y为为a a，b b上的均匀随机数上的均匀随机数.数学必修3-3.3.2均匀随机数

4、的产生(z)例例1 1 取一根长度为取一根长度为3m3m的绳子，拉直后在任意的绳子，拉直后在任意位置剪断，那么剪得两段的长都不小于位置剪断，那么剪得两段的长都不小于1m1m的的概率有多大？概率有多大？（一维型的几何概型）（一维型的几何概型）解（解（1 1）利用计算器或计算机产生）利用计算器或计算机产生0 0到到1 1区间的区间的 N N个均匀随机数个均匀随机数a a1 1 （2 2）经过伸缩变换，）经过伸缩变换，a=aa=a1 1*（3-03-0）+0+0转化到转化到 【0 0，3 3】的均匀随机数】的均匀随机数 （3 3）统计出）统计出11，22内随机数的个数内随机数的个数n n （4 4）

5、计算频率）计算频率fn(A)=nN即为概率即为概率P（A）的近似值）的近似值数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)变式：变式：随机模拟投掷硬币的试验，估计掷得正面的概率。随机模拟投掷硬币的试验，估计掷得正面的概率。解法一：用计算器产生一个解法一：用计算器产生一个0101之间的随机数，如之间的随机数，如果这个数在果这个数在00.500.5之间，则认为硬币正面向上，如之间，则认为硬币正面向上，如果这个随机数在果这个随机数在0.510.51之间，则认为硬币正面向下。之间，则认为硬币正面向下。记下正面向上的频数及试验总次数记下正面向上的频数及试验总次数(填入下表填入下表)，就可以得到正面向上的频

6、率了。就可以得到正面向上的频率了。试验次数试验次数正面向上的频数正面向上的频数证明向上的频率证明向上的频率708090100数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)送报人可能在早上送报人可能在早上6:307:30之间把报纸送到你家之间把报纸送到你家你父亲离开家去工作的时间你父亲离开家去工作的时间在早上在早上7:008:00之间之间问你父亲在离开家前能得到报问你父亲在离开家前能得到报纸纸(称为事件称为事件A)的概率是多少的概率是多少?例例2假设你家订了一份报纸假设你家订了一份报纸（二维型的几何概型）（二维型的几何概型）数学必修3-3.3.2均匀随机

7、数的产生(z)6:307:30 6:307:30之间之间 报纸送到你家报纸送到你家 7:008:007:008:00之间之间 父亲离开家父亲离开家问你父亲在离开家前能得到报纸问你父亲在离开家前能得到报纸(称为事件称为事件A)A)的概率的概率是多少是多少?提示：提示：如果用如果用X表示报纸送到时间表示报纸送到时间 用用Y表示父亲离家时间表示父亲离家时间那么那么X与与Y之间要满足哪些关系呢？之间要满足哪些关系呢？数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)解解:以横坐标以横坐标X表示报纸送到时间表示报纸送到时间,以纵坐标以纵坐标Y表示父亲离家时间建立平面直角坐标表示父亲离家时间建立平面直角坐标系系

8、,假设随机试验落在方形区域内任何一假设随机试验落在方形区域内任何一点是等可能的点是等可能的,所以符合几何概型的条件所以符合几何概型的条件.根据题意根据题意,只要点落到阴影部分只要点落到阴影部分,就表示父亲在就表示父亲在离开家前能得到报纸离开家前能得到报纸,即事件即事件A发生发生,所以所以22230602()87.5%.60P A数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)法法2：（随机模拟法）随机模拟法）()7()5.6randyrandxanAp)(设随机模拟的试验次数为设随机模拟的试验次数为a，其中父亲得到报纸的次数，其中父亲得到报纸的次数为为n（即为满足（即为满足 的试验次数），则由古典

9、概型的试验次数），则由古典概型的知识可得，可以由频率近似的代替概率，所以有：的知识可得，可以由频率近似的代替概率，所以有：xy 解：设解：设x是报纸送到时间，是报纸送到时间，y是父亲离家时间，则是父亲离家时间，则用用0,1 区间上的均匀随机数可以表示为：区间上的均匀随机数可以表示为：数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)变式：变式：一海豚在水池中自由游弋，水池为一海豚在水池中自由游弋，水池为长长30m，宽为，宽为20m的长方形。求此海豚嘴尖的长方形。求此海豚嘴尖离岸边不超过离岸边不超过2m的概率的概率)(60020302m)(184162620302mA30m2mA20m3020mmA解

10、：此试验是几何概型，区域 是长宽的矩形区域 是图中浅蓝色部分18423()60075AP A数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)mn数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)例例3 3：取一个边长为取一个边长为2a的正方形及其内切圆的正方形及其内切圆(如图如图),),随随机地向正方形内丢一粒豆子机地向正方形内丢一粒豆子,求豆子落入圆内的概率求豆子落入圆内的概率.解解:记记“豆子落入圆内豆子落入圆内”为事件为事件A,则则P(A)=4422 aa正正方方形形

11、面面积积圆圆面面积积答答:豆子落入圆内的概率为豆子落入圆内的概率为4 撒豆试验撒豆试验：向正方形内撒：向正方形内撒n颗豆子，其中有颗豆子，其中有m颗落在颗落在圆内，当圆内，当n很大时，频率接近于概率很大时，频率接近于概率nAPm)(nm4.4mn（用随机模拟法近似计算不规则图形的面积）（用随机模拟法近似计算不规则图形的面积）数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)变式训练变式训练1如图所示，向边长为如图所示，向边长为4的正方形内投的正方形内投入飞镖，求飞镖落在中央边长为入飞镖，求飞镖落在中央边长为2的的正方形内的概率先计算其概率，并正方形内的概率先计算其概率，并用计算机随机数模拟试验估计其

12、概率用计算机随机数模拟试验估计其概率，写出算法步骤，写出算法步骤数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)S2用变换用变换rand()*42产生两个产生两个22的的随机数随机数x，y，x表示所投飞镖的横坐标，表示所投飞镖的横坐标，y表表示所投飞镖的纵坐标示所投飞镖的纵坐标S3判断判断(x，y)是否落在中央的小正方形内，是否落在中央的小正方形内，也就是看是否满足也就是看是否满足|x|1，|y|1，如果是，如果是，则计数器则计数器m的值加的值加1，即，即mm1；否则；否则m的值保持不变的值保持不变S4表示随机试验次数的计数器表示随机试验次数的计数器n值加值加1，即，即nn1.如如果还需要继续试验

13、，则返回步骤果还需要继续试验，则返回步骤S2继续执行，否则结继续执行，否则结束束数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)例例4：利用随机模拟方法计算利用随机模拟方法计算右图中阴影部分（由右图中阴影部分（由y=1和和y=x2 所围成的部分）的面所围成的部分）的面积积利用随机模拟的方法可以得到落在阴影部分内的利用随机模拟的方法可以得到落在阴影部分内的点与落在矩形内的点数之比，再用几何概型公式点与落在矩形内的点数之比，再用几何概型公式就可以估计出阴影部分的面积就可以估计出阴影部分的面积分析：如右图所示，由直线 围成的的矩形的面积为2，0,1,1yyx想一想想一想：你能设计一个随机：你能设计一个随

14、机模拟的方法来估计阴影部分模拟的方法来估计阴影部分的面积吗？的面积吗？数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)(3)数出落在阴影内的样本点数m，用几何概型公式计算阴影部分的面积为：nms2(2)进行平移和伸缩变换：;2*)5.0(1 aa(1)利用计算机产生两组01区间的均匀随机数：();(),1randbranda做题步骤如下：做题步骤如下：数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)2、计算机通过产生均匀随机数进行模拟试验的思路：、计算机通过产生均匀随机数进行模拟试验的思路：(1)根据影响随机事件结果的量的个数确定需要产生的随根据影响随机事件

15、结果的量的个数确定需要产生的随机数的个数，如机数的个数，如长度、角度型长度、角度型只用一组即可；而只用一组即可；而面积型面积型需需要两组随机数要两组随机数,体积型体积型需要三组随机数；需要三组随机数；(2)根据总体对应的区域确定产生随机数的范围；根据总体对应的区域确定产生随机数的范围；(3)根据事件根据事件A发生的条件确定随机数所应满足的关系式发生的条件确定随机数所应满足的关系式注意注意 用模拟的方法得到的用模拟的方法得到的计算结果是估计值计算结果是估计值.小小 结结1：知道如何由计算器或计算机知道如何由计算器或计算机Excel软件产生均匀随机数，软件产生均匀随机数，并能正确区分整数值随机数与

16、均匀随机数并能正确区分整数值随机数与均匀随机数数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)思考：思考：想一想，这一节课的三个例题分别说明了什么想一想，这一节课的三个例题分别说明了什么问题？问题？答：例答：例1告诉我们可以利用随机模拟的方法估计几何告诉我们可以利用随机模拟的方法估计几何概型中随机事件的概率值；概型中随机事件的概率值；例例2与例与例3说明可以利用随机模拟方法估计几何说明可以利用随机模拟方法估计几何图形的面积，而当面积容易算出时进而可以估计其图形的面积，而当面积容易算出时进而可以估计其它未知量，这里的频率由随机试验获得，概率由几它未知量，这里的频率由随机试验获得，概率由几何概型得到何

17、概型得到数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)思考：思考：想一想，在用随机模拟方法估计未知量时，想一想，在用随机模拟方法估计未知量时，为什么不同次数的试验得到的结果一般也不同？为什么不同次数的试验得到的结果一般也不同？答：用随机模拟方法估计未知量的基本思想是用频答：用随机模拟方法估计未知量的基本思想是用频率近似概率，得到的结果是不精确的，只是一个率近似概率，得到的结果是不精确的，只是一个“估计估计”值，而随机事件的发生具有随机性，频率值，而随机事件的发生具有随机性，频率本身也是一个随机的量，因此不同次数的试验得到本身也是一个随机的量，因此不同次数的试验得到的的“估计估计”结果（即频率）可

18、能完全不一样，但在结果（即频率）可能完全不一样，但在多数重复试验下可以看出，该值稳定的在某一确定多数重复试验下可以看出，该值稳定的在某一确定数值（概率）周围，也就是频率是概率的近似值；数值（概率）周围，也就是频率是概率的近似值；一般地，试验的次数越多，估计值的精确度就越一般地，试验的次数越多，估计值的精确度就越高高数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)用随机模拟法近似计算不规则图形用随机模拟法近似计算不规则图形的面积的面积 利用随机模拟的方法近似计算图中阴影部分利用随机模拟的方法近似计算图中阴影部分(y22xx2与与x轴围成的图形轴围成的图形)

19、的面积的面积.【思路点拨】【思路点拨】解答本题可先解答本题可先计算与之相应的规则多边形的计算与之相应的规则多边形的面积，而后由几何概率进行面积估计面积，而后由几何概率进行面积估计数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)【解】【解】(1)利用计算机产生两组利用计算机产生两组0,1上的均上的均匀随机数，匀随机数，a1rand()，b1rand()(2)经过平移和伸缩变换经过平移和伸缩变换aa1N1,N)就是点落就是点落在阴影部分的概率的近似值在阴影部分的概率的近似值数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)【名师点评】【名师点评】本题在解答过程中易犯如下错本题在解答过程中易犯如下错误：认为阴

20、影部分的点满足条件误：认为阴影部分的点满足条件b22aa2，导致错误的原因是没有验证而直接给出导致错误的原因是没有验证而直接给出变式训练变式训练3利用随机模拟法近似计利用随机模拟法近似计算图中阴影部分算图中阴影部分(曲线曲线ylog3x与与x3及及x轴围轴围成的图形成的图形)的面积的面积数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)解：解：如图所示，作矩形，设事件如图所示，作矩形，设事件A表示表示“随机向随机向矩形内投点，所投的点落在阴影部分矩形内投点，所投的点落在阴影部分”S1用计数器用计数器n记录做了多少次投点记录做了多少次投点试验，用计数器试验，用计数器m记录其中有多少次记录其中有多少次(

21、x，y)满足满足ylog3x(即点落在阴影部即点落在阴影部分分)首先置首先置n0，m0；S2用变换用变换rand()*3产生产生03之间的均匀随机数之间的均匀随机数x表示所投的点的横坐标；用函数表示所投的点的横坐标；用函数rand()产生产生01之间的均匀随机数之间的均匀随机数y表示所投的点的纵坐标；表示所投的点的纵坐标；数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)S3判断点是否落在阴影部分，即是否满足判断点是否落在阴影部分，即是否满足ylog3x.如果是，则计数器如果是，则计数器m的值加的值加1，则，则mm1.如果不是，如果不是，m的值保持不变；的值保持不变；S4表示随机试验次数的计数器表示随机试验次数的计数器n的值加的值加1，即即nn1.如果还要继续试验，则返回步骤如果还要继续试验，则返回步骤S2继续执行，否则，程序结束继续执行，否则，程序结束数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)mn数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)4Smn4mSn数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)数学必修3-3.3.2均匀随机数的产生(z)2lnd2lnd2nln d2dnn