摘"要:新高考數(shù)學(xué)試卷穩(wěn)定中求創(chuàng)新,強化對學(xué)生基本數(shù)學(xué)素養(yǎng)、思想方法和能力的考查,試題秉承出活題、考基礎(chǔ)、重能力、考素養(yǎng)、貼近中學(xué)教學(xué)實際的風(fēng)格,體現(xiàn)了“源于教材而又高于教材”的特點,教材是課程標(biāo)準(zhǔn)和大綱的載體,蘊藏著豐富的數(shù)學(xué)背景和教學(xué)功能,高三數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中應(yīng)“依綱靠本”讓教材更好地發(fā)揮其教學(xué)作用.
關(guān)鍵詞:探本求源;回顧教材;素養(yǎng)導(dǎo)向;能力為重
2023年教育部考試中心命制的數(shù)學(xué)試卷在穩(wěn)定中求創(chuàng)新,強化對學(xué)生基本數(shù)學(xué)素養(yǎng)、思想方法和能力的考查.試題突出強調(diào)對基礎(chǔ)知識和基本概念的深入理解和靈活掌握,落實了“價值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、科學(xué)選才”的命題原則.
下面以2023年新課標(biāo)Ⅰ卷第21題為例,分析該試題的命制特點、解題思路和解法探究.結(jié)合課本原題,高考真題,探本求源,結(jié)合高三復(fù)習(xí)探討回歸教材的重要性,以期對大家高考復(fù)習(xí)有所啟示.
1"試題呈現(xiàn)
甲、乙兩人投籃,每次由其中一人投籃,規(guī)則如下:若命中則此人繼續(xù)投籃,若末命中則換為對方投籃.無論之前投籃情況如何,甲每次投籃的命中率均為0.6,乙每次投籃的命中率均為0.8.由抽簽確定第1次投籃的人選,第1次投籃的人是甲、乙的概率各為0.5.
(1)求第2次投籃的人是乙的概率.
(2)求第i次投籃的人是甲的概率.
(3)已知:若隨機變量Xi服從兩點分布,且P(Xi=1)=1-P(Xi=0)=qi,i=1,2,…,n,則E(ni=1Xi)=ni=1qi.記前n次(即從第1次到第n次投籃)中甲投籃的次數(shù)為Y,求E(Y).
分析:(1)根據(jù)全概率公式即可求出.
(2)設(shè)P(Ai)=pi,由題意,可得pi+1=0.4pi+0.2,根據(jù)數(shù)列知識,構(gòu)造等比數(shù)列即可解.
(3)先求出兩點分布的期望,再根據(jù)題中的結(jié)論以及等比數(shù)列的求和公式即可求出.
解析:
(1)記“第i次投籃的人是甲”為事件Ai,“第i次投籃的人是乙”為事件Bi.
所以P(B2)=P(A1B2)+P(B1B2)=P(A1)·P(B2|A1)+P(B1)P(B2|B1)
=0.5×(1-0.6)+0.5×0.8=0.6."
(2)設(shè)P(Ai)=pi,依題可知,P(Bi)=1-pi,則P(Ai+1)=P(AiAi+1)+P(BiAi+1)=P(Ai)·P(Ai+1|Ai)+P(Bi)P(Ai+1|Bi).
即pi+1=0.6pi+(1-0.8)×(1-pi)=0.4pi+0.2.
方法1:待定系數(shù)法.
構(gòu)造等比數(shù)列{pi+λ},設(shè)pi+1+λ=25(pi+λ),解得λ=-13,則pi+1-13=25pi-13.
又p1=12,p1-13=16,所以pi-13是首項為16,公比為25的等比數(shù)列.
所以pi-13=16×25i-1,pi=16×25i-1+13.
方法2:同除后累加法.
兩邊同時除以0.4i+1,得pi+10.4i+1=pi0.4i+0.20.4i+1,令pi0.4i=qi,得qi+1-qi=0.20.4i+1.
累加,得qi=q1+(q2-q1)+(q3-q2)+…+(qi-qi-1)=54+0.2×10.42+10.43+…+10.4i.
所以pi=0.4i×qi=16×25i-1+13.
方法3:不動點法.
一般地,對于遞推數(shù)列{xn},若其遞推關(guān)系為xn+1=f(xn),且存在實數(shù)x0,使得f(x0)=x0,則稱x0是數(shù)列{xn}的不動點.
由遞推關(guān)系的特征方程0.4x+0.2=x,得不動點為x=13,則可以構(gòu)造等比數(shù)列Pi+1-13,pi+1-13=25(pi-13).
結(jié)合初始條件p1=12,p1-13=16,得pi-13=16×25i-1,所以pi=16×25i-1+13.
方法4:退位相減法.
由pi+1=0.4pi+0.2,得pi=0.4pi-1+0.2,i≥2,兩式相減,得pi+1-pi=0.4(pi-pi-1).
令si=pi+1-pi,則s1=p2-p1=-0.1,且si+1=0.4si,所以{Si}為等比數(shù)列.
所以si=(-0.1)×0.4i-1.
即pi+1-pi=(-0.1)×0.4i-1.
再由累加法,得pi=p1+(p2-p1)+(p3-p2)+…+(pi-pi-1)=16×25i-1+13.
(3)因為pi=16×25i-1+13,i=1,2,…,n,所以當(dāng)n∈N*時,E(Y)=p1+p2+…+pn=16×1-25n1-25+n3=518×1-25n+n3,故E(Y)=518×1-25n+n3.
點評:概率統(tǒng)計是高考解答題必考題型之一,??疾楦怕?、數(shù)學(xué)期望、回歸直線方程、獨立性檢驗、條件概率等,考查常結(jié)合實際問題.
本題的處理方法與人教A版教材《普通高中數(shù)學(xué)教科書必修第三冊》上的一道作業(yè)題如出一轍.
2"課本原題
甲、乙、丙三人相互做傳球訓(xùn)練,第1次由甲將球傳出,每次傳球時,傳球者都等可能地將球傳給另外兩個人中的任何一人.求n次傳球后球在甲手中的概率.
解析:記Ai表示事件“經(jīng)過i次傳球后球在甲手中”,Bi表示事件“經(jīng)過i次傳球后球不在甲手中(即在乙或丙手中)”.設(shè)pi=P(Ai),i=1,2,…,n,則依題可知,p1=0,P(Bi)=1-pi.
P(Ai+1)=P(AiAi+1)+P(BiAi+1)=P(Ai)·P(Ai+1|Ai)+P(Bi)P(Ai+1|Bi).
即pi+1=0×pi+12×(1-pi)=-12pi+12,構(gòu)造等比數(shù)列{pi+λ}.
設(shè)pi+1+λ=-12(pi+λ),解得λ=-13,則pi+1-13=-12pi-13.
又p1=0,p1-13=-13,所以pi-13是首項為-13,公比為-12的等比數(shù)列.
即pi-13=-13×-12i-1,pi=-13×-12i-1+13.
3"高等數(shù)學(xué)背景與馬爾科夫鏈
這個問題的高等數(shù)學(xué)背景來源于馬爾科夫鏈.
馬爾科夫鏈?zhǔn)歉怕式y(tǒng)計中的一個重要模型,也是機器學(xué)習(xí)和人工智能的基石,在強化學(xué)習(xí)、自然語言處理、金融領(lǐng)域、天氣預(yù)測等方面都有著極其廣泛的應(yīng)用.其數(shù)學(xué)定義為假設(shè)我們的序列狀態(tài)是…,Xt-2,Xt-1,Xt,Xt+1,…,那么Xt+1時刻的狀態(tài)的條件概率僅依賴前一狀態(tài)Xt,即P(Xt+1|…,Xt-2,Xt-1,Xt)=P(Xt+1|Xt).現(xiàn)實生活中也存在著許多馬爾科夫鏈,例如著名的賭徒模型.假如一名賭徒進(jìn)入賭場參與一個賭博游戲,每一局賭徒賭贏的概率為50%,且每局賭贏可以贏得1元,每一局賭徒賭輸?shù)母怕蕿?0%,且賭輸就要輸?shù)?元.賭徒會一直玩下去,直到遇到如下兩種情況才會結(jié)束賭博游戲:一種是手中賭金為0元,即賭徒輸光;一種是賭金達(dá)到預(yù)期的B元,賭徒停止賭博.記賭徒的本金為A(A∈N*,Alt;B),賭博過程如圖1的數(shù)軸所示.
當(dāng)賭徒手中有n元(0≤n≤B,n∈N)時,最終輸光的概率為P(n),請回答下列問題.
(1)請直接寫出P(0)與P(B)的數(shù)值.
(2)證明{P(n)}是一個等差數(shù)列,并寫出公差d.
(3)當(dāng)A=100時,分別計算B=200,B=1 000時,P(A)的數(shù)值,并結(jié)合實際,解釋當(dāng)B→∞時,P(A)的統(tǒng)計含義.
解析:
(1)當(dāng)n=0時,賭徒已經(jīng)輸光了,因此P(0)=1.
當(dāng)n=B時,賭徒到了終止賭博的條件,不再賭了,因此輸光的概率P(B)=0.
(2)記M:賭徒有n元且最后輸光,N:賭徒有n元且上一場贏.
P(M)=P(N)P(M|N)+P()P(M|),即P(n)=12P(n-1)+12P(n+1).
所以P(n)-P(n-1)=P(n+1)-P(n),所以{P(n)}是一個等差數(shù)列.
設(shè)P(n)-P(n-1)=d,則P(n-1)-P(n-2)=d,…,P(1)-P(0)=d.
累加,得P(n)-P(0)=nd,故P(B)-P(0)=Bd,得d=-1B.
(3)A=100,由P(n)-P(0)=nd,得P(A)-P(0)=Ad,即P(A)=1-AB.
當(dāng)B=200時,P(A)=50%,當(dāng)B=1 000時,P(A)=90%,當(dāng)B→∞時,P(A)→1,因此可知,久賭無贏家,即便是一個這樣看似公平的游戲,只要賭徒一直玩下去就會100%概率輸光.
點評:試題新穎,題目的背景設(shè)置的雖然較為陌生復(fù)雜,但解答并不困難,該題將概率和數(shù)列知識綜合到了一起,解答的關(guān)鍵是要弄明白題目的含義,即審清楚題意,明確關(guān)系即可求解,
4"推廣
由于馬爾科夫鏈問題往往會得到一個一階遞推式,即an+1只被an限制,如果還需要被an-1甚至更之前的元素限制呢?如下列問題.
(2011·華約自招)將一枚均勻的硬幣連續(xù)拋擲n次,以pn表示未出現(xiàn)連續(xù)3次正面的概率.探究數(shù)列{pn}的遞推公式,并給出證明.
分析:分三種情況.
(1)如果第n次出現(xiàn)反面,那么前n次不出現(xiàn)連續(xù)三次正面的概率為12
pn-1.
(2)如果第n-1次出現(xiàn)正面,第n-1次出現(xiàn)反面,那么前n次出現(xiàn)連續(xù)三次正面和前n-2次出現(xiàn)連續(xù)三次正面的概率是相同的,所以這個時候不出現(xiàn)連續(xù)三次正面的概率是14pn-2.
(3)如果第n次出現(xiàn)正面,第n-1次出現(xiàn)正面,第n-2次出現(xiàn)反面,那么前n次出現(xiàn)連續(xù)三次正面和前n-3次出現(xiàn)連續(xù)三次正面的概率是相同的,所以這個時候不出現(xiàn)連續(xù)三次正面的概率是18pn-3.
綜上,pn=12pn-1+14pn-2+18pn-3(n≥4).
新高考數(shù)學(xué)很好地落實了立德樹人的根本任務(wù),秉承出活題、考基礎(chǔ)、重能力、考素養(yǎng)、貼近中學(xué)教學(xué)實際的思路,合理平衡了試題的思維量與計算量,充分體現(xiàn)了反刷題、反套路、回歸課標(biāo)與教材的導(dǎo)向.由于命題人的匠心獨運,使得“源于教材而又高于教材”這一原則被廣泛運用到新高考試題的命題過程中,這也給我們的復(fù)習(xí)備考指明了方向,那就是回歸教材.中學(xué)教材例題中蘊含著豐富的背景內(nèi)容和較強的教學(xué)功能,是提高學(xué)生解題能力、培育學(xué)生數(shù)學(xué)思維品質(zhì)的重要素材,在高三數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中要“依綱靠本”,結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點、心理規(guī)律和學(xué)生當(dāng)前的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)能力等實際情況,深刻理解其中的數(shù)學(xué)思想方法和數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系,以不變應(yīng)萬變,才能使高中數(shù)學(xué)教學(xué)立于不敗之地.