高中数学3.3.2均匀随机数的产生同步学案新人教A版ppt课件

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1、3.3.2 均匀随机数的产生均匀随机数的产生自自 学学 导导 引引1.了解均匀随机数产生的方法与意义了解均匀随机数产生的方法与意义.2.利用计算机或计算器产生随机数利用计算机或计算器产生随机数,并能直接统计出频数并能直接统计出频数,计算出频率计算出频率.3.会设计简单的模拟试验的试验方法会设计简单的模拟试验的试验方法.课课 前前 热热 身身1.0,1上均匀随机数的产生上均匀随机数的产生利用计算器的利用计算器的RAND函数可以产生函数可以产生0,1的均匀随机数的均匀随机数,试验的试验的结果是区间结果是区间0,1内的任何一个实数内的任何一个实数,而且出现任何一个实而且出现任何一个实数是等可能的数是

2、等可能的,因此因此,可以用计算器产生的可以用计算器产生的0到到1之间的均匀之间的均匀随机数进行随机模拟随机数进行随机模拟.2.a,b上均匀随机数的产生上均匀随机数的产生利用计算器或计算机产生利用计算器或计算机产生0,1上的均匀随机数上的均匀随机数x=RAND,然然后利用伸缩平移变换后利用伸缩平移变换,x=x1*(b-a)+a就可以得到就可以得到a,b内的均内的均匀随机数匀随机数,试验的结果是试验的结果是a,b上的任何一个实数上的任何一个实数,并且任何并且任何一个实数都是等可能的一个实数都是等可能的.3.随机数的产生方法随机数的产生方法实例法有实例法有:(1)掷骰子掷骰子;(2)从一叠纸牌中抽牌

3、从一叠纸牌中抽牌.计算器法计算器法:按按SHIFT、RAN#键都会产生键都会产生01之间的随机数之间的随机数.计算机软件法计算机软件法:几乎所有的高级编程语言都有随机函数几乎所有的高级编程语言都有随机函数,借助借助随机函数可以产生一定范围的随机数随机函数可以产生一定范围的随机数.VFP、Scilab中的中的RAND()函数函数,还有几何画板中的还有几何画板中的ROUND()函数等等函数等等.名名 师师 讲讲 解解1.随机数就是在一定范围内随机产生的数随机数就是在一定范围内随机产生的数,并且得到这个范围并且得到这个范围内的每一个数的机会是一样的内的每一个数的机会是一样的.它有很广阔的应用它有很广

4、阔的应用,可以帮可以帮助我们安排和模拟一些试验助我们安排和模拟一些试验,这样可以代替我们自己做大这样可以代替我们自己做大量重复试验量重复试验,我们常用的是我们常用的是0,1上的均匀随机数上的均匀随机数(实数实数).2.利用随机模拟方法可求概率问题利用随机模拟方法可求概率问题,其实质是先求频率其实质是先求频率,用频用频率近似代替概率率近似代替概率.其关键是设计好其关键是设计好“程序程序”或者说或者说“步步骤骤”,并找到各数据需满足的条件并找到各数据需满足的条件.(1)由影响随机事件结果的量的个数确定需要产生的随机数由影响随机事件结果的量的个数确定需要产生的随机数的组数的组数,如长度型如长度型 角

5、度型需用一组角度型需用一组,面积型需用两组面积型需用两组;(2)由所有基本事件总体对应区域确定产生随机数的范围由所有基本事件总体对应区域确定产生随机数的范围;(3)由事件由事件A发生的条件确定随机数应满足的关系式发生的条件确定随机数应满足的关系式.典典 例例 剖剖 析析题型一题型一 用随机模拟法估计长度型几何概型的概率用随机模拟法估计长度型几何概型的概率例例1:取一根长度为取一根长度为3 m的绳子的绳子,拉直后在任意位置剪断拉直后在任意位置剪断,那么剪那么剪得两段的长都不小于得两段的长都不小于1 m的概率有多大的概率有多大?分析分析:在任意位置剪断绳子在任意位置剪断绳子,则剪断位置到一端点的距

6、离取遍则剪断位置到一端点的距离取遍0,3内的任意数内的任意数,并且每一个实数被取到都是等可能的并且每一个实数被取到都是等可能的.因因此在任意位置剪断绳子的结果此在任意位置剪断绳子的结果(基本事件基本事件)对应对应0,3上的均上的均匀随机数匀随机数,其中取得的其中取得的1,2内的随机数就表示剪断位置与内的随机数就表示剪断位置与端点距离在端点距离在1,2内内,也就是剪得两段长都不小于也就是剪得两段长都不小于1 m.这样这样取得取得1,2内的随机数个数与内的随机数个数与0,3内个数比就是事件内个数比就是事件A发生发生的频率的频率.解解:解法解法1:(1)利用计算器或计算机产生一组利用计算器或计算机产

7、生一组0到到1区间的均匀区间的均匀随机数随机数,a1=RAND.(2)经过伸缩变换经过伸缩变换,a=a1*3.(3)统计出统计出1,2内随机数的个数内随机数的个数N1和和0,3内随机数的个数内随机数的个数N.(4)计算频率计算频率 即为概率即为概率P(A)的近似值的近似值.1()nNfAN解法解法2:做一个带有指针的圆盘做一个带有指针的圆盘,把圆周三等分把圆周三等分,标上刻度标上刻度0,3(这里这里3和和0重合重合).转动圆盘记下指针指在转动圆盘记下指针指在1,2(表示剪表示剪断绳子位置在断绳子位置在1,2范围内范围内)的次数的次数N1及试验总次数及试验总次数,则则 即为概率即为概率P(A)的

8、近似值的近似值.1()nNfAN规律技巧规律技巧:用随机数模拟的关键是把实际问题中事件用随机数模拟的关键是把实际问题中事件A及基本及基本事件总体对应的区域转化为随机数的范围事件总体对应的区域转化为随机数的范围.解法解法2用转盘产用转盘产生随机数生随机数,这种方法可以亲自动手操作这种方法可以亲自动手操作,但费时但费时,费力费力,试验次试验次数不可能很大数不可能很大;解法解法1用计算机产生随机数用计算机产生随机数,可以产生大量的可以产生大量的随机数随机数,又可以自动统计试验的结果又可以自动统计试验的结果,同时可以在短时间内同时可以在短时间内多次重复试验多次重复试验,可以对试验结果的随机性和规律性有

9、更深可以对试验结果的随机性和规律性有更深刻的认识刻的认识.变式训练变式训练1:在区间在区间0,3 内任取一个实数内任取一个实数,求该实数大于求该实数大于2的概的概率率.解解:(1)利用计算机或计算器产生一组利用计算机或计算器产生一组0,1上的均匀随机数上的均匀随机数a1=RAND;(2)经过伸缩变换经过伸缩变换a=a1*3,得到一组得到一组0,3上的均匀随机数上的均匀随机数;(3)统计出统计出2,3内随机数的个数内随机数的个数N1和和0,3内的随机数的个内的随机数的个数数N;(4)计算出频率计算出频率 ,即得概率即得概率P(A)的近似值的近似值.1()nNfAN题型二题型二 用随机模拟法估计面

10、积型几何概型的概率用随机模拟法估计面积型几何概型的概率例例2:现向下图中正方形内随机地投掷飞镖现向下图中正方形内随机地投掷飞镖,求飞镖落在阴影部求飞镖落在阴影部分的概率分的概率.分析分析:我们有两种方法计算该事件的概率我们有两种方法计算该事件的概率:(1)利用几何概型的利用几何概型的公式公式;(2)用随机模拟的方法用随机模拟的方法.解解:解法解法1:由于随机地投掷飞镖由于随机地投掷飞镖,飞镖落在正方形内每一个点飞镖落在正方形内每一个点的机会是等可能的的机会是等可能的,所以符合几何概型的条件所以符合几何概型的条件.215525,263362525SS24,36.414P4SS正正阴影阴影解法解法

11、2:(1)利用计算器或计算机产生两组利用计算器或计算机产生两组0至至1区间内的均匀随区间内的均匀随机数机数a1、b1(共共N组组);(2)经平移和伸缩变换经平移和伸缩变换a=(a1-0.5)*2,b=(b1-0.5)*2;(3)数出满足不等式数出满足不等式b4的数组数的数组数N1,1P.25.14,P4NN所求概率可以发现 试验次数越多概率 越接近规律技巧规律技巧:用随机模拟的方法估计几何概型的维数用随机模拟的方法估计几何概型的维数,以确定随以确定随机数的组数机数的组数,其次由对应区域的长度确定随机数的范围其次由对应区域的长度确定随机数的范围,同同时对于各组变量的随机试验还要正确处理变量间的函

12、数关时对于各组变量的随机试验还要正确处理变量间的函数关系系.变式训练变式训练2:如图如图,在墙上挂着一块边长为在墙上挂着一块边长为16 cm的正方形木板的正方形木板,上面画了小上面画了小 中中 大三个同心圆大三个同心圆,半径分别为半径分别为2 cm 4 cm 6 cm,某人站在某人站在3 m之外向此板投镖之外向此板投镖,设投镖击中线上或设投镖击中线上或没有投中木板时不算没有投中木板时不算,可重投可重投,问问:(1)投中大圆内的概率是多少投中大圆内的概率是多少?(2)投中小圆与中圆形成的圆环的概率是多少投中小圆与中圆形成的圆环的概率是多少?(3)投中大圆之外的概率是多少投中大圆之外的概率是多少?

13、解析解析:记事件记事件A=投中大圆内投中大圆内,事件事件B=投中小圆与中圆形成的圆环投中小圆与中圆形成的圆环,事件事件C=投中大圆之外投中大圆之外.(1)用计算机产生两组用计算机产生两组0,1上的均匀随机数上的均匀随机数,a1=RAND,b1=RAND.(2)经过伸缩平移变换经过伸缩平移变换,a=a1*16-8,b=b1*16-8,得到两组得到两组-8,8的均匀随机数的均匀随机数.(3)统计投在大圆内的次数统计投在大圆内的次数N1,投中小圆与中圆形成的圆环内投中小圆与中圆形成的圆环内的次数的次数N2,投中木板的总次数投中木板的总次数N.(4)计算频率计算频率即分别为概率即分别为概率P(A)P(

14、B)P(C)的近似值的近似值.121(),(),(),nnnNNNNfAfBf CNNN题型三题型三 利用随机模拟试验估计图形的面积利用随机模拟试验估计图形的面积例例3:利用随机模拟方法计算下图中阴影部分的面积利用随机模拟方法计算下图中阴影部分的面积(曲线为曲线为 2214xy分析分析:设设(a,b)为阴影内一点为阴影内一点,则则 构造矩形构造矩形ABCD,显然显然S矩矩=42=8,问题转化为由矩形问题转化为由矩形ABCD的面积求的面积求 阴影阴影部分面积部分面积,只须求的比值只须求的比值P即可即可.而此而此P值可看成求落在阴影值可看成求落在阴影部分的概率部分的概率,利用随机模拟求解利用随机模

15、拟求解.22b1.4aSS阴矩解解:(1)利用计算机利用计算机(或器或器)产生两组产生两组0至至1间的均匀随机间的均匀随机数数,a1=RAND(),b1=RAND();(2)进行平移和伸缩变换进行平移和伸缩变换,a=(a1-0.5)*4,b=(b1-0.5)*2;(3)数出落在阴影内的样本点数数出落在阴影内的样本点数N1(即满足即满足 的点的点(a,b)的个数的个数),用几何概型计算阴影部分的面积用几何概型计算阴影部分的面积.如做如做500次试验次试验,即即N=500,模拟得到模拟得到N1=387,所以所以 2214ab138786.2.500NSSN阴矩规律技巧规律技巧:利用几何概型的模拟方

16、法可以计算平面不规则图利用几何概型的模拟方法可以计算平面不规则图形的面积形的面积.其实质是几何概型概率公式的逆用其实质是几何概型概率公式的逆用,计算机计算机(或计或计算器算器)的作用是利用随机模拟的方法产生概率近似值的作用是利用随机模拟的方法产生概率近似值.变式训练变式训练3:利用随机模拟方法计算如下图中阴影部分利用随机模拟方法计算如下图中阴影部分(曲线曲线y=2x与与x轴、轴、x=1围成的部分围成的部分)的面积的面积.分析分析:在坐标系中画出正方形在坐标系中画出正方形,用随机模拟的方法求出阴影部用随机模拟的方法求出阴影部分与正方形面积之比分与正方形面积之比,从而求得阴影部分面积的近似值从而求

17、得阴影部分面积的近似值.解解:(1)利用计算机产生两组利用计算机产生两组0,1上的均匀随机上的均匀随机数数,a1=RAND,b1=RAND.(2)经过平移和伸缩变换经过平移和伸缩变换,a=(a1-0.5)*2,b=b1*2,得到一组得到一组-1,1的均匀随机数和一组的均匀随机数和一组0,2上的均匀随机数上的均匀随机数.(3)统计试验总次数统计试验总次数N和落在阴影内的点数和落在阴影内的点数N1(满足条件满足条件b,只要只要AOB大于大于90.记记“弦长弦长|AB|超过超过”为事件为事件C,则则C表示的范围是表示的范围是AOB(90,270),由几由几何概型公式得何概型公式得 270901().

18、3602P C10.在集合在集合(x,y)|0 x5,且且0y4内任取内任取1个元素个元素,能使代数式能使代数式 的概率是多少的概率是多少?1903412yx解解:如图如图,集合集合(x,y)|0 x5,且且0y4为矩形为矩形(包括边界包括边界)内的点的集内的点的集合合,19(,)|03412190341241().y4,x1,A 1,4.90,34125190,3412163.22010 x5,y1,B 5,1.S3 46,P Ayxx yyxxy 阴表示坐标平面内直线上方 包括直线 所有阴影内的点的集合令则令则品味高考品味高考11.(2008江苏江苏)在平面直角坐标系在平面直角坐标系xOy中中,设设D是横坐标与纵是横坐标与纵坐标的绝对值均不大于坐标的绝对值均不大于2的点构成的区域的点构成的区域,E是到原点的距是到原点的距离不大于离不大于1的点构成的区域的点构成的区域,向向D中随机投一点中随机投一点,则所投的点则所投的点落在落在E中的概率是中的概率是_.16解析解析:如图所示如图所示:区域区域D表示边长为表示边长为4的正方形的正方形ABCD的内部的内部(含边界含边界),区域区域E表表示单位圆及其内部示单位圆及其内部,因此因此 21.4 416P