Question

如圖所示，質點P在正方形ABCD的四個頂點上按逆時針方向前進． 現在投擲一個質地均勻、每個面上標有一個數字的正方體玩具，它的六個面上分別寫有兩個1、兩個2、兩個3一共六個數字． 質點P從A點出發，規則如下：當正方體上底面出現的數字是1，質點P前進一步（如由A到B）；當正方體上底面出現的數字是2，質點P前兩步（如由A到C），當正方體上底面出現的數字是3，質點P前進三步（如由A到D）． 在質點P轉一圈之前連續投擲，若超過一圈，則投擲終止．
（1）求點P恰好返回到A點的概率；
（2）在點P轉一圈恰能返回到A點的所有結果中，用隨機變量ξ表示點P恰能返回到A點的投擲次數，求ξ的分布列及數學期望．

Answer 1

分析：（1）投擲一次正方體玩具，每個數字在上底面出現是等可能的，其概率為

1

3

．分①若投擲兩次質點P就恰好能返回到A點、②若投擲三次質點P
恰能返回到A點、③若投擲四次質點P恰能返回到A點三種情況，分別求得它們的概率，再相加，即得所求．
（2）由（1）知，質點P轉一圈恰能返回到A點的所有結果共有以上問題中的7種情況，且ξ的可能取值為2，3，4．再求得ξ取每個值的概率，再由數學期望
的定義求得ξ的分布列及數學期望．

解答：解：（1）投擲一次正方體玩具，因每個數字在上底面出現是等可能的，故其概率P₁=

2

6

=

1

3

．
易知只投擲一次不可能返回到A點．
①若投擲兩次質點P就恰好能返回到A點，則上底面出現的兩個數字，
應依次為：（1，3）、（3，1）、（2，2）三種結果，其概率為P₂=（

1

3

）²×3=

1

3

．
②若投擲三次質點P恰能返回到A點，則上底面出現的三個數字，
應依次為：（1，1，2）、（1，2，1）、（2，1，1）三種結果，其概率為P₃=（

1

3

）³×3=

1

9

．
③若投擲四次質點P恰能返回到A點，則上底面出現的四個數字應依次為：（1，1，1，1），
其概率為P₄=(

1

3

)4=

1

81

．
所以，質點P恰好返回到A點的概率為：P=P2+P3+P4=

1

3

+

1

9

+

1

81

=

37

81

．
（2）由（1）知，質點P轉一圈恰能返回到A點的所有結果共有以上問題中的7種情況，
且ξ的可能取值為2，3，4．
則P（ξ=2）=

1 3

37 81

=

27

37

，P（ξ=3）=

1 9

37 81

=

9

37

，P（ξ=4）=

1 81

37 81

=

1

37

，故ξ的分布列為：

ξ	2	3	4
P	27 37	9 37	1 37

所以，Eξ=2×

27

37

+3×

9

37

+4×

1

37

=

85

37

．

點評：本題主要考查古典概型及其概率計算公式的應用，求離散型隨機變量的分布列、數學期望，屬于中檔題．