2024年山东省实验中学高三二模数学试卷#19
某校数学兴趣小组由水平相当的 $n$ 位同学组成,他们的学号依次为 $1,2,3,\cdots,n$.辅导老师安排一个挑战数学填空题的活动,活动中有两个固定的题,同学们对这两个题轮流作答,每位同学在四分钟内答对第一题及四分钟内答对第二题的概率都为 $\dfrac 1 2$,每个同学的答题过程都是相互独立的,挑战的具体规则如下:
① 挑战的同学先做第一题,第一题做对才有机会做第二题;
② 挑战按学号由小到大的顺序依次进行,第 $1$ 号同学开始第 $1$ 轮挑战;
③ 若第 $i$($i=1,2,3,\cdots,n-1$)号同学在四分钟内未答对第一题,则认为第 $i$ 轮挑战失败,由第 $i+1$ 号同学继续挑战;
④ 若第 $i$($i=1,2,3,\cdots,n-1$)号同学在四分钟内答对了第一题,满四分钟后,辅导老师安排该生答第二题,若该生在四分钟内又答对第二题,则认为挑战成功,挑战在第 $i$ 轮结束;若该生在四分钟内未答对第二题,则也认为第 $i$ 轮挑战失败,由第 $i+1$ 号同学继续挑战;
⑤ 若挑战进行到了第 $n$ 轮,则不管第 $n$ 号同学答对多少题,下轮不再安排同学挑战.令随机变量 $X_n$ 表示 $n$ 名挑战者在第 $X_n$($X_n=1,2,3,\cdots,n$)轮结束.
1、求随机变量 $X_4$ 的分布列.
2、若把挑战规则 ① 去掉,换成规则 ⑥:挑战的同学先做第一题,若有同学在四分钟内答对了第一题,以后挑战的同学不做第一题,直接从第二题开始作答.
令随机变量 $Y_n$ 表示 $n$ 名挑战者在第 $Y_n\left(Y_n=1,2,3,\cdots,n\right)$ 轮结束.求随机变量 $Y_n$($n\in \mathbb N^{\ast}$,$n\geqslant 2$)的分布列,并证明\[E\left(Y_2\right)<E\left(Y_3\right)<E\left(Y_4\right)<E\left(Y_5\right)<\cdots<E\left(Y_n\right)<\cdots<3.\]
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