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【小白秒懂】几何概型:把概率变成“切蛋糕”游戏!| 零跳步图解:典型例题精讲

适用年级

五年级

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⭐⭐⭐

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最近更新

2025-12-20

几何概型:把概率变成“比大小”的面积游戏

💡 阿星起步:几何概型的底层逻辑

想象一下,你有一张超级大的停车场图纸,你的车可能停在图纸上的任何一个点(这就是“随机”)。现在,你的专属车位在图纸上只是一个小方格。

那么,别人蒙着眼睛随便指一个点,正好指到你车位上的可能性有多大?

很简单:

可能性(概率) = 你的车位面积 ÷ 整个停车场面积

这就是几何概型的灵魂!它把“求概率”这件事,变成了小学生都会的“比大小”

核心就一句话:概率大小,只跟你关心的那块“目标区域”占整个“活动范围”的面积比例有关。那块区域是圆的方的、在中心在角落,统统不重要,只看它占了多大“地盘”。

所以,我们的任务从“算概率”神奇地转化成了“算面积”。公式就是:

\[ P(A) = \frac{\text{构成事件A的区域面积(或长度、体积)}}{\text{全部可能结果构成的区域面积(或长度、体积)}} \]

看,是不是就是“目标面积 ÷ 总面积”?

🔥 三级跳挑战:从入门到大神

【入门例题】如图,有一个边长为 \( 4 \) 米的正方形木板,正中心有一个边长为 \( 1 \) 米的方形孔。现在向木板上随机撒一粒豆子,求豆子落在小孔(空白区域)外的概率。

(提示:把木板想象成实心的,小孔是挖空的。)

🌱

阿星拆解:

1. 找“总面积”:豆子可能落在整个木板上。木板是正方形,边长 \( 4 \) 米,所以总面积是 \( 4 \times 4 = 16 \) 平方米。

2. 找“目标面积”:题目问的是落在小孔外的概率。那“目标区域”就是木板除了小孔剩下的部分,也就是实心的木料部分。

小孔的面积是 \( 1 \times 1 = 1 \) 平方米。

所以,目标面积 = 总面积 - 小孔面积 = \( 16 - 1 = 15 \) 平方米。

3. 比大小(算概率)

\[ P = \frac{\text{目标面积}}{\text{总面积}} = \frac{15}{16} \]

看,完成了!我们根本没碰复杂的概率公式,只是算了两块面积并做了个除法。

【进阶例题】某公交车每隔 \( 10 \) 分钟一班,小明随机到达车站。已知公交车在到站后的第 \( 1 \) 分钟到第 \( 3 \) 分钟之间会进行车辆清洁,禁止上车。求小明到达后能立即上车的概率。

⚠️

阿星敲黑板:

陷阱预警! 时间怎么会有“面积”?别急,几何概型里的“面积”是个广义概念。对于时间区间问题,我们比的是长度

1. 找“总长度”:小明随机到达的时间点,落在相邻两班车的间隔里。这个间隔长度是 \( 10 \) 分钟。这就是“总长度”。

2. 找“目标长度”:题目要求“能立即上车”,这意味着小明到达时,车不在清洁时段。清洁时段是第 \( 1 \) 分钟到第 \( 3 \) 分钟,持续了 \( 3 - 1 = 2 \) 分钟。

所以,可以立即上车的时间段 = 总间隔 \( 10 \) 分钟 - 清洁 \( 2 \) 分钟 = \( 8 \) 分钟。这就是“目标长度”。

(坑点:千万不要直接用 \( 1 \) 分钟或 \( 3 \) 分钟去算,要算的是时间段的长度

3. 比大小(算概率)

\[ P = \frac{\text{目标长度}}{\text{总长度}} = \frac{8}{10} = \frac{4}{5} \]

看,我们把时间想象成一条 \( 10 \) 厘米的线段,“能上车”的部分是其中 \( 8 \) 厘米,概率就是 \( \frac{8}{10} \)。“面积”在这里化身为“长度”,思想一模一样!

【拔高例题】甲、乙两人约定在中午 \( 12:00 \) 到 \( 13:00 \) 之间于某地见面。先到者等 \( 15 \) 分钟后再离去。求两人能见面的概率。

🚀

思维迁移:

这道题看起来和面积、长度都没关系了?不!我们可以用降维打击

1. 把问题“画”成面积
设甲到达时间是 \( x \) 点,乙到达时间是 \( y \) 点。那么 \( x \) 和 \( y \) 都在 \( 0 \) 到 \( 60 \) 分钟(从 \( 12:00 \) 起算)这个范围里随机选择。
所有可能的 \( (x, y) \) 组合,就构成了一个边长为 \( 60 \) 的正方形区域,它的面积就是“所有可能的结果总数”。

2. 把条件“转”成目标区域
两人能见面的条件是 \( |x - y| \le 15 \)(即到达时间差不超过 \( 15 \) 分钟)。
在刚才的正方形里,画出直线 \( y = x + 15 \) 和 \( y = x - 15 \)。满足 \( |x - y| \le 15 \) 的点,就位于这两条平行线之间!

3. 比大小
- 总面积 = \( 60 \times 60 = 3600 \)。
- 目标区域是正方形中间的一个“长条”。计算它的面积更简单:用总面积减去两个角落的三角形面积
每个三角形直角边长都是 \( 60 - 15 = 45 \),所以两个三角形总面积 = \( 2 \times \frac{1}{2} \times 45 \times 45 = 2025 \)。
- 目标面积 = \( 3600 - 2025 = 1575 \)。

4. 算概率
\[ P = \frac{1575}{3600} = \frac{7}{16} \]

神奇吗?一个复杂的约会问题,被我们巧妙地转化成了在正方形里求图形面积的问题。核心依然是:“目标面积 ÷ 总面积”。

📝 阿星必背口诀:

区域面积是核心,数清格子比一比。
单位陷阱要当心,化为面积好解题。

🚀 举一反三:变式挑战

变式一:模仿练习

一个半径为 \( 2 \) 的圆盘,其中心有一个半径为 \( 1 \) 的同心圆形标签。向圆盘上随机投点,求点落在标签上的概率。

变式二:逆向思维

在一段 \( 30 \) 分钟的电视节目中,插播广告。如果随机切换频道,看到广告的概率是 \( \frac{1}{6} \),那么广告时长是多少分钟?

变式三:综合挑战

在区间 \( [0, 3] \) 内随机取一个数 \( x \),在区间 \( [0, 2] \) 内随机取一个数 \( y \)。求 \( x > y \) 的概率。(提示:画出矩形区域)


解析与答案

【详尽解析】

变式一:
总面积是半径为 \( 2 \) 的大圆面积:\( \pi \times 2^2 = 4\pi \)。
目标面积是半径为 \( 1 \) 的标签面积:\( \pi \times 1^2 = \pi \)。
概率 \( P = \frac{\pi}{4\pi} = \frac{1}{4} \)。
核心提示:与入门例题神似,只是方形换成了圆形。

变式二:
这是“已知概率求长度”的逆向题。
设广告时长为 \( t \) 分钟。根据几何概型(时间长度比):\( \frac{t}{30} = \frac{1}{6} \)。
解得 \( t = 5 \) 分钟。
核心提示:公式 \( P = \frac{\text{目标长度}}{\text{总长度}} \) 反过来用即可。

变式三:
所有结果 \( (x, y) \) 构成一个长 \( 3 \)、宽 \( 2 \) 的矩形,总面积 = \( 3 \times 2 = 6 \)。
条件 \( x > y \) 即 \( y < x \)。在矩形中画出直线 \( y = x \),满足 \( y < x \) 的区域是直线下方的部分,它是一个直角梯形(或可视为矩形减去一个三角形)。
计算其面积:矩形面积 \( 6 \) 减去右上角三角形面积 \( \frac{1}{2} \times 1 \times 1 = 0.5 \)(注意直线 \( y=x \) 与矩形右边界 \( x=3 \) 交于 \( (3,3) \),但y最大为2,所以实际切割的是一个底和高均为1的三角形)。更稳妥地,直接计算梯形面积:上底(在y轴上的长度)是 \( 0 \),下底(在x=3处y=x与y=2的交集以下长度)是 \( 2 \),高为 \( 3 \)?不对。
正确作图分析: 矩形顶点为 (0,0), (3,0), (3,2), (0,2)。直线 y=x 穿过矩形,交上边界 (2,2)。所以“y 正方形部分面积 = \( \frac{1}{2} \times 2 \times 2 = 2 \) (这是个三角形!因为y 矩形部分面积 = \( (3-2) \times 2 = 2 \)。
总目标面积 = \( 2 + 2 = 4 \)。
因此概率 \( P = \frac{4}{6} = \frac{2}{3} \)。
核心提示:这是拔高例题的简化版,关键在于正确画出矩形和直线 \( y=x \),将几何条件转化为平面区域。

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