一圓盤分成標有數字0、1的兩區域,且圓盤上有一可轉動的指針。已知每次轉動指針後,前後兩次指針停在同一區域的機率為\(\frac{1}{4}\),而停在不同區域的機率為\(\frac{3}{4}\)。遊戲規則為連續轉動指針三次,計算指針在這三次所停區域的標號數字之和。若遊戲前指針的位置停在標號數字為1的區域,則此遊戲的期望值為__________。(化成最簡分數)
因為遊戲前指針停在數字1的區域,我們分情況討論三次轉動指針後數字之和的概率:
- **三次指針所停區域數字之和為1**:意味著後兩次指針都停在0區域。第一次轉動指針從1區域到0區域的概率為\(\frac{3}{4}\),第二次從0區域再到0區域的概率為\(\frac{1}{4}\),所以這種情況的概率為\(\frac{3}{4}\times\frac{1}{4}=\frac{3}{16}\)。
- **三次指針所停區域數字之和為2**:有兩種情況。第一種是第一次轉動指針從1區域到0區域(概率為\(\frac{3}{4}\)),第二次從0區域到1區域(概率為\(\frac{3}{4}\)),概率為\(\frac{3}{4}\times\frac{3}{4}=\frac{9}{16}\);第二種是第一次轉動指針從1區域到1區域(概率為\(\frac{1}{4}\)),第二次從1區域到0區域(概率為\(\frac{3}{4}\)),概率為\(\frac{1}{4}\times\frac{3}{4}=\frac{3}{16}\)。那麽和為2的總概率是\(\frac{9}{16}+\frac{3}{16}=\frac{12}{16}\)。
- **三次指針所停區域數字之和為3**:即後兩次指針都停在1區域。第一次轉動指針從1區域到1區域的概率為\(\frac{1}{4}\),第二次從1區域到1區域的概率為\(\frac{1}{4}\),所以這種情況的概率為\(\frac{1}{4}\times\frac{1}{4}=\frac{1}{16}\) 。
根據期望公式\(E(X)=X_1P_1 + X_2P_2 + X_3P_3\)(其中\(X_i\)是取值,\(P_i\)是對應取值的概率),可得期望為:
\[
\begin{align*}
E(X)&=1\times\frac{3}{16}+2\times\frac{12}{16}+3\times\frac{1}{16}\\
&=\frac{3 + 24 + 3}{16}\\
&=\frac{30}{16}\\
&=\frac{15}{8}
\end{align*}
\]
