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KBAT · 概率分布

KBAT:用概率做决策

决策型 KBAT 题给你一个情境,一条更换规则、一份保修、一个游戏,要求你算出一个概率,然后做出选择。计算用的是熟悉的二项分布或正态分布模型;高层次的一步,是把文字转成正确的事件,并把答案读成一个决策。

为什么这是 KBAT 题

常规的概率题会直接告诉你模型和事件:'求 XB(5,0.2)X\sim B(5,0.2) 时的 P(X=2)P(X=2)'。决策型 KBAT 题把这两样都藏进一个情境里,并在结尾加上一个判断,这家工坊该不该采用这条规则,这个游戏值不值得玩,这批货过不过关?

这就是高层次思维,Kemahiran Berfikir Aras Tinggi:二项分布和正态分布这些工具你都熟悉,但你必须自己判定哪个事件才重要(「至少两个」「少于三个」),算出它的概率,再拿它去和题目给的上限比较,并写出结论。

情境年年不同,保修、验收测试、摊位游戏、筛查决定,但骨架始终一样:命名模型、选定事件、算出概率、和上限比较、下结论。题面上没有任何东西告诉你该列哪个不等式、该在哪里停下。

在 Add Math 里,这奖励的是能把一个数字连到真实选择的学生,而不只是会往公式里代入、再读出一个数值的学生。

一道例题,试卷二风格

这是一道按 SPM 试卷二风格编写的原创题。它看起来像个故事,但每一句其实都在告诉你一个模型、一个事件,或一个上限。

请先自己做,再看解答。

Q1[8 marks]

一家小工坊制作手工蜡烛。根据长期经验,每支蜡烛互相独立,出现小瑕疵的概率为 0.20.2

蜡烛每 55 支装成一盒,XX 为一盒中有瑕疵的蜡烛数目。(a) 写出 XX 的分布,并求一盒恰好含一支瑕疵蜡烛的概率。

(b) 工坊正在选择免费更换规则,平均而言最多只能更换每 1010 盒中的 11 盒。规则 A 更换任何含至少 22 支瑕疵蜡烛的盒;规则 B 更换任何含至少 33 支瑕疵蜡烛的盒。

判定工坊可以采用哪一条规则。

Show worked solution

理解。 每支蜡烛要么有瑕疵要么没有,彼此独立,概率固定为 0.20.2,一盒有 55 支,所以 XX 服从二项分布。

'最多每 1010 盒换 11 盒'是以分数写出的上限;读成概率,就是一盒符合更换条件的机会必须不超过 0.10.1。所以对每条规则,我们求出它的更换事件的概率,再与 0.10.1 比较。

计划。 写出 XB(5,0.2)X\sim B(5,\,0.2),用 P(X=r)=(5r)(0.2)r(0.8)5rP(X=r)=\binom{5}{r}(0.2)^{r}(0.8)^{5-r}

规则 A 求 P(X2)=1P(X=0)P(X=1)P(X\ge 2)=1-P(X=0)-P(X=1);规则 B 求 P(X3)=1P(X=0)P(X=1)P(X=2)P(X\ge 3)=1-P(X=0)-P(X=1)-P(X=2)。用余概率比逐项相加更短。

然后各自与 0.10.1 比较,点出合适的规则。

执行并检验。 (a) 分布为 XB(5,0.2)X\sim B(5,\,0.2)

恰好一支瑕疵,即一支有瑕疵、其余四支完好:

P(X=1)=(51)(0.2)1(0.8)4=5×0.2×0.4096=0.4096P(X=1)=\binom{5}{1}(0.2)^{1}(0.8)^{4}=5\times 0.2\times 0.4096=0.4096

(b) 先算两条规则都要用到的两个概率。一盒完全没有瑕疵,意味着五支蜡烛每一支都完好:

P(X=0)=(0.8)5=0.32768P(X=0)=(0.8)^{5}=0.32768
P(X=2)=(52)(0.2)2(0.8)3=10×0.04×0.512=0.2048P(X=2)=\binom{5}{2}(0.2)^{2}(0.8)^{3}=10\times 0.04\times 0.512=0.2048

规则 A:一盒在含至少两支瑕疵时被更换,所以我们取「零支或一支瑕疵」的余概率:

P(X2)=1P(X=0)P(X=1)=10.327680.4096=0.26272P(X\ge 2)=1-P(X=0)-P(X=1)=1-0.32768-0.4096=0.26272

由于 0.26272>0.10.26272>0.1,规则 A 会更换约 26%26\% 的盒,超过四分之一,远超工坊所能承担。

规则 B:一盒在含至少三支瑕疵时被更换:

P(X3)=1P(X=0)P(X=1)P(X=2)=10.327680.40960.2048=0.05792P(X\ge 3)=1-P(X=0)-P(X=1)-P(X=2)=1-0.32768-0.4096-0.2048=0.05792

由于 0.05792<0.10.05792<0.1,规则 B 更换不到 6%6\% 的盒,宽裕地在上限之内。所以工坊可以采用规则 B

检验。 概率 P(X=0)+P(X=1)+P(X=2)+P(X3)=0.32768+0.4096+0.2048+0.05792=1P(X=0)+P(X=1)+P(X=2)+P(X\ge 3)=0.32768+0.4096+0.2048+0.05792=1,说明没有算漏。

每盒瑕疵数的平均值为 np=5×0.2=1np=5\times 0.2=1,所以大多数盒只有零或一支瑕疵,三支或以上确实罕见,与我们求得的小值 0.0580.058 一致。

把这两个答案按工坊老板的角度来读。规则 A 对顾客听起来很大方,但它会退回大约每四盒中的一盒,代价高昂;规则 B 只在一盒异常糟糕时才触发,约每十七盒一次,稳稳在预算之内。

数学并没有替老板做决定,它只是准确地告诉老板每种选择要付出多少代价,而这正是 Add Math 里一道决策题真正在考的东西。

如何找到合理的第一步

当一道概率题被包在故事里时,第一步永远一样:用一行字命名模型并定义变量。问自己:每次「试验」是不是只有两个结果(有瑕疵或没有、通过或不通过),概率固定,且重复固定次数,这就是二项模型,XB(n,p)X\sim B(n,p)

如果这个量是一个围绕某个平均数聚集的连续测量(质量、长度、时间),那就是正态模型。模型一旦命名,就把决策的措辞翻译成对 XX 的不等式:「至少两个」是 X2X\ge 2,「少于三个」是 X2X\le 2,「多于一个」是 X2X\ge 2

在动手算任何东西之前,先把事件写下来。

这里给出正态情形的一个缩影:如果一袋袋糖的质量服从正态分布,且平均数和标准差已知,「一袋不够重」就成了 P(X<上限)P(X<\text{上限}),通过标准化 Z=XμσZ=\dfrac{X-\mu}{\sigma} 求出。工具变了,但习惯没变,命名模型、写出事件,再计算。

这类题很多分数就在这一步翻译上得失,所以放慢速度,先把事件钉死。

阅卷老师看重什么

评分是分步给分的,所以步骤分一行一行地给。对于决策型概率题,阅卷老师会找:

  • 命名模型并定义变量,例如 XB(5,0.2)X\sim B(5,0.2),其中 XX 为瑕疵蜡烛的数目。
  • 把决策措辞转成正确的事件,例如「至少两个」写成 P(X2)P(X\ge 2)
  • 二项公式写出正确的 (nr)\binom{n}{r}、幂次和余概率,而不只是最后一个数字。
  • 在比累加多项更短时,使用余概率 1P(X=0)P(X=1)1-P(X=0)-P(X=1)
  • 与题给上限的明确比较,0.263>0.10.263>0.1,或 0.058<0.10.058<0.1
  • 用一句话回答真正的问题,例如“采用规则 B”,而不只是给一个概率。

老师如何帮助你

学生在这里丢分的地方不是算术,计算器能搞定,而是选事件、把答案读成决策。这正是我们的老师反复操练的。

在一对一课堂上,我们练习把情境读出声,在碰计算器之前先写下模型和事件,再用一句完整的话说出结论。我们会列一张会让不等式方向翻转的措辞清单,「至少」「少于」「不超过」「多于」,因为一次粗心的翻转,就会把正确的方法变成错误的答案。

我们也养成检查概率之和是否为一的习惯。spmaddmath.com.my 的老师经验丰富,课程在线进行,以英语授课。

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常见问题

什么时候概率题是二项分布而不是正态分布?

当你在固定次数的独立试验中数成功次数、每次概率都相同时,有瑕疵或没有、通过或不通过、命中或未中,用二项模型。当这个量是围绕某个平均数聚集的连续测量(如质量、长度或时间)时,用正态模型。

正确命名模型是这页上的第一个分,它也决定了随后的每一步。

为什么用余概率而不是逐项相加?

对于「五个中至少两个」,相加 P(X=2)+P(X=3)+P(X=4)+P(X=5)P(X=2)+P(X=3)+P(X=4)+P(X=5) 是四项;余概率 1P(X=0)P(X=1)1-P(X=0)-P(X=1) 只有两项。两者都对,但余概率更短、更不易出错,所以阅卷老师常见到它。

哪个项数少就用哪个,并把余概率的式子清楚写出来,让方法可见。

怎么把一个决策上限转成比较?

把上限读成一个概率。「最多每十盒换一盒」意味着符合条件的概率必须 0.1\le 0.1

算出事件概率,再比较:若超过上限,规则太宽松;若在上限之内,规则合适。最后用一句话点明你选的方案,因为决策才是拿到最后分数的地方。

均值 npnp 告诉我什么?

对于 XB(n,p)X\sim B(n,p),均值为 npnp,即你平均预期的成功次数。这里 np=5×0.2=1np=5\times 0.2=1,所以典型的一盒约有一支瑕疵。

均值是一个快速的合理性检查:若你算出的概率与这个预期个数相矛盾,比如你发现「三支或以上」非常有可能,那多半是哪里出了错,应重新检查。

这类题在 Add Math 试卷二里怎么评分?

试卷二为 2 小时 30 分钟100 分,评分是分步给分,步骤分一行一行地给。命名模型、写对事件、代入二项公式、写出有理由的决策,各自都能得分,所以每一步都要写出来,并以一个明确的选择收尾。

来源:SRC-DSKP-ENSRC-FORMAT

作者 spmaddmath.com.my 编辑团队.· 最后更新 5 September 2026

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