(12分)
为治疗某种疾病,研制了甲、乙两种新药,希望知道哪种新药更有效,为此进行动物试验。试验方案如下:每一轮选取两只白鼠对药效进行对比试验。对于两只白鼠,随机选一只施以甲药,另一只施以乙药。一轮的治疗结果得出后,再安排下一轮试验。当其中一种药治愈的白鼠比另一种药治愈的白鼠多只时,就停止试验,并认为治愈只数多的药更有效。为了方便描述问题,约定:对于每轮试验,若施以甲药的白鼠治愈且施以乙药的白鼠未治愈则甲药得分,乙药得分;若施以乙药的白鼠治愈且施以甲药的白鼠未治愈则乙药得分,甲药得分;若都治愈或都未治愈则两种药均得分。甲、乙两种药的治愈率分别记为和,一轮试验中甲药的得分记为。
(1)求的分布列;
(2)若甲药、乙药在试验开始时都赋予分,(,,,)表示“甲药的累计得分为时,最终认为甲药比乙药更有效”的概率,则,,(,
,,),其中,,。假设,。
(i)证明:(,,,,)为等比数列;
(ii)求,并根据的值解释这种试验方案的合理性。
(1)由题意得,每轮试验可能有以下种情况:
①甲药治愈且乙药治愈,此时,,
②甲药治愈且乙药未治愈,此时,,
③甲药未治愈且乙药治愈,此时,,
④甲、乙药均未治愈,此时,,
综上所述,的分布列为
(2)(i)证明:由(1)得,
,
所以,
移项可得,
当时,,
因为,所以。
即成立,
所以(,,,,)为等比数列。
(ii)由(i)得,令,当时,,
因为,
所以是以为首项,为公比的等比数列。
则,
,
相加得,
即,
又因为,
因为 ①,
②,
③,
,,
所以由②得,
由①②③得,
即
。
表示最终认为甲药更有效的概率,由计算结果可以看出,在甲药治愈率为,乙药治愈率为时,认为甲药更有效的概率为,此时得出错误结论的概率非常小,说明这种试验方案合理。
本题主要考查等比数列、随机变量及其分布列以及数列的求和。
(1)一轮试验中,试验的结果有四种,每种结果甲药的得分记为,将四种结果的概率分别求出,即可得出分布列。
(2)(i)由题意,分别求出,,的值,并根据等式移项,可得出等比关系式,即可证得。
(ii)由,,,,相加可得,根据可整理得,再结合答案中①②③式与,即可求出,最终结合实际意义解释即可。