10–11классЕГЭ по профильной математике

Задание 6 профильного ЕГЭ: случайные величины

Задание 6 появилось в проекте демоверсии ФИПИ на 2027 год. Оно про случайные величины: закон распределения, математическое ожидание, дисперсию и стандартное отклонение. В учебниках по вероятности и статистике эта тема есть, но многие школы проходят её бегло. Хорошая новость: формул всего четыре, а задачи короткие.

По проекту демоверсии ФИПИ на 2027 год. После утверждения демоверсии сверим формулировки.

Что такое случайная величина

Случайная величина это число, которое зависит от случая: сколько очков выпало на кубике, сколько орлов выпало при трёх бросках, сколько бракованных деталей в коробке. Закон распределения это таблица: какие значения величина принимает и с какой вероятностью.

Значение X1234
Вероятность p0,10,30,40,2

Сумма всех вероятностей в законе распределения всегда равна 1. На этом построена самая простая задача шестого номера: найти пропущенную вероятность.

Четыре формулы

Математическое ожидание: E(X) = x₁p₁ + x₂p₂ + … + xₙpₙ Дисперсия: D(X) = E(X²) − (E(X))² Стандартное отклонение: σ = √D(X) Сдвиг и растяжение: E(aX + b) = a·E(X) + b, D(aX + b) = a²·D(X)

Математическое ожидание это среднее значение, если опыт повторять много раз. Дисперсия показывает, насколько сильно значения разбросаны вокруг среднего. Стандартное отклонение тот же разброс, но в исходных единицах: в очках, рублях, штуках.

Дисперсию можно считать и по определению, как среднее квадратов отклонений от E(X). Формула через E(X²) короче и реже приводит к ошибкам.

Разбор задач

Пропущенная вероятность

Случайная величина X принимает значения 1, 2, 3, 4 с вероятностями 0,1; 0,3; p; 0,2. Найдите p.

Сумма вероятностей равна 1: 0,1 + 0,3 + p + 0,2 = 1.

p = 1 − 0,6 = 0,4.

Ответ: 0,4

Математическое ожидание

Найдите математическое ожидание величины X из предыдущей задачи.

E(X) = 1·0,1 + 2·0,3 + 3·0,4 + 4·0,2.

0,1 + 0,6 + 1,2 + 0,8 = 2,7.

Ответ: 2,7

Дисперсия и отклонение

Найдите дисперсию и стандартное отклонение той же величины X.

E(X²) = 1·0,1 + 4·0,3 + 9·0,4 + 16·0,2 = 0,1 + 1,2 + 3,6 + 3,2 = 8,1.

D(X) = 8,1 − 2,7² = 8,1 − 7,29 = 0,81.

σ = √0,81 = 0,9.

Ответ: D = 0,81, σ = 0,9

Преобразованная величина

Для той же X найдите E(2X + 3) и D(2X + 3).

E(2X + 3) = 2·2,7 + 3 = 8,4.

Прибавление числа разброс не меняет, а умножение на 2 увеличивает дисперсию в 4 раза: D = 4·0,81 = 3,24.

Ответ: 8,4 и 3,24

Кубик

Игральный кубик бросают один раз. Найдите математическое ожидание числа выпавших очков.

Каждое значение от 1 до 6 выпадает с вероятностью 1/6.

E = (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6)/6 = 21/6 = 3,5.

Ответ: 3,5

Число орлов

Монету бросают два раза, X число выпавших орлов. Найдите дисперсию X.

X = 0 с вероятностью 1/4, X = 1 с вероятностью 1/2, X = 2 с вероятностью 1/4.

E(X) = 0 + 0,5 + 0,5 = 1.

E(X²) = 0 + 1·0,5 + 4·0,25 = 1,5, D = 1,5 − 1² = 0,5.

Ответ: 0,5

Лотерея

Билет лотереи стоит 100 рублей. С вероятностью 0,05 он выигрывает 1000 рублей, иначе ничего. Найдите математическое ожидание чистого выигрыша с одного билета.

Ожидаемый выигрыш: 1000·0,05 = 50 рублей.

Чистый выигрыш: 50 − 100 = −50 рублей. В среднем каждый билет приносит убыток.

Ответ: −50

Серия одинаковых испытаний

Отдельный частый случай: опыт повторяют n раз, и каждый раз успех наступает с одной и той же вероятностью p. Например, монету бросают 10 раз или стрелок делает 20 выстрелов. Число успехов X тоже случайная величина, и для неё есть короткие формулы:

E(X) = n·p, D(X) = n·p·(1 − p)

Монета, 10 бросков: ожидаемое число орлов 10·0,5 = 5, дисперсия 10·0,5·0,5 = 2,5. Стрелок с вероятностью попадания 0,8 за 20 выстрелов в среднем попадёт 16 раз. Таблицу распределения в таких задачах строить не нужно.

Проверь себя

  • X принимает значения −1, 0, 2 с вероятностями 0,2; 0,5; 0,3. Найдите E(X). Ответ: 0,4.
  • Для той же величины найдите D(X). Ответ: 1,24 (E(X²) = 1,4).
  • Монету бросают 10 раз. Найдите дисперсию числа орлов. Ответ: 2,5.
  • E(X) = 3, D(X) = 4. Найдите E(5 − 2X). Ответ: −1.
  • Для той же величины найдите стандартное отклонение 5 − 2X. Ответ: 4 (дисперсия 16).

Где теряют балл

  • Квадрат ожидания вместо ожидания квадрата. E(X²) и (E(X))² разные числа. В примере выше 8,1 и 7,29.
  • Дисперсия при сдвиге. D(X + 3) = D(X). Сдвиг двигает все значения одинаково, разброс прежний.
  • Отклонение без корня. Если спросили стандартное отклонение, а записали дисперсию, ответ неверный.
  • Сумма вероятностей. Перед расчётами проверьте, что вероятности в таблице дают 1. Если нет, вы неверно прочитали условие.

Как тренироваться

Начните с пяти задач на пропущенную вероятность и ожидание, потом переходите к дисперсии. Считайте E(X²) отдельной строкой: так проще проверить себя. Задачи с ответами собраны в задачнике, задание 6.

Вероятности событий повторите в статьях задание 4 и задание 5. Все изменения экзамена описаны в статье ЕГЭ по профильной математике 2027.

Разберём на занятии

Готовим к ОГЭ и ЕГЭ на живых занятиях в мини-группе до шести человек или один на один, с пробниками в формате экзамена и разбором каждой ошибки.

Первое занятие бесплатное: можно посмотреть формат вместе с ребёнком и решить, подходит ли он.

Частые вопросы

Это задание точно будет на ЕГЭ 2027?

Оно есть в проекте демоверсии ФИПИ на 2027 год. Окончательно состав экзамена закрепят в утверждённой демоверсии, обычно её публикуют в начале учебного года.

Проходят ли эту тему в школе?

Да, случайные величины входят в курс вероятности и статистики 10–11 классов. Если в школе тему пропустили, на неё хватает трёх-четырёх занятий.

Как записать ответ, если спросили два числа?

На ЕГЭ в одном задании ответ всегда одно число. В разборе мы иногда считаем два значения подряд, чтобы показать связь, на экзамене спросят что-то одно.