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文檔簡(jiǎn)介
1、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì),,概率論產(chǎn)生于17世紀(jì),是由保險(xiǎn)事業(yè)發(fā)展而產(chǎn)生的. 早在1654年,有一個(gè)賭徒梅勒向當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)家帕斯卡提出了一個(gè)使他苦惱了很久的問(wèn)題:“兩個(gè)賭徒相約賭若干局,誰(shuí)先贏m局就算獲勝,全部賭本就歸勝者,但是當(dāng)其中一個(gè)人甲贏了a(a<m)局的時(shí)候,賭博中止,問(wèn)賭本應(yīng)當(dāng)如何分配才算合理?”但是這個(gè)的問(wèn)題,卻是數(shù)學(xué)家們思考概率論問(wèn)題的源泉. 概率論在物理、化學(xué)、生物、生態(tài)、天文、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科中,在控
2、制論、信息論、電子技術(shù)、預(yù)報(bào)、運(yùn)籌等工程技術(shù)中的應(yīng)用都非常廣泛。,序言,第一章 概率論的基本概念,第一節(jié) 樣本空間、隨機(jī)事件,第二節(jié) 概率、古典概型,第三節(jié) 條件概率、全概率公式,第四節(jié) 獨(dú)立性,第一節(jié) 樣本空間 隨機(jī)事件,1、隨機(jī)試驗(yàn),概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)是研究和揭示隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,確定性現(xiàn)象 Certainty phenomena 在101325Pa的大氣壓下,將
3、純凈水加熱到 100℃時(shí)必然沸騰 垂直上拋一重物,該重物會(huì)垂直下落,隨機(jī)現(xiàn)象 Random phenomena擲一顆骰子,可能出現(xiàn)1,2,3,4,5,6點(diǎn)拋擲一枚均勻的硬幣,會(huì)出現(xiàn)正面向上、反面向上兩種不同的結(jié)果,則把這一試驗(yàn)稱(chēng)為隨機(jī)試驗(yàn),常用E表示。,對(duì)隨機(jī)現(xiàn)象進(jìn)行的觀察或?qū)嶒?yàn)稱(chēng)為試驗(yàn)。,(2)每次試驗(yàn)的可能結(jié)果不止一個(gè),并且事先可以知道試驗(yàn)的所有可能結(jié)果。,(3)進(jìn)行一次試驗(yàn)之前,不能確定會(huì)出現(xiàn)哪一個(gè)結(jié)果。,若一個(gè)試驗(yàn)具有下
4、列三個(gè)特點(diǎn):,(1)在相同條件下可重復(fù)進(jìn)行。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,上拋一枚硬幣在一條生產(chǎn)線上,檢測(cè)產(chǎn)品的等級(jí)情況 向一目標(biāo)射擊,在隨機(jī)試驗(yàn)中,可能出現(xiàn)也可能不出現(xiàn),而在大量重復(fù)試驗(yàn)中具有某種規(guī)律性的事件叫做隨機(jī)事件(random Events ),簡(jiǎn)稱(chēng)事件(Events). 隨機(jī)事件通常用大寫(xiě)英文字母A、B、C等表示.,例如: 在拋擲一枚均勻硬幣的試驗(yàn)中,“正面向上”是一 個(gè)隨機(jī)事件,可用A={正面向上}
5、表示. 擲骰子,“出現(xiàn)偶數(shù)點(diǎn)”是一個(gè)隨機(jī)事件,試驗(yàn)結(jié)果為2,4或6點(diǎn),都導(dǎo)致“出現(xiàn)偶數(shù)點(diǎn)”發(fā)生。,隨機(jī)事件 random Events,基本事件與樣本空間,僅含一個(gè)樣本點(diǎn)的隨機(jī)事件稱(chēng)為基本事件.,樣本點(diǎn) Sample Point,樣本空間 Sample Space,基本事件,隨機(jī)試驗(yàn)中的每一個(gè)可能出現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果稱(chēng)為這個(gè)試驗(yàn)的一個(gè) 樣本點(diǎn) ,記作 .,全體樣本點(diǎn)組成的集合稱(chēng)為這個(gè)試驗(yàn)的樣本空間,記作Ω.即,含有
6、多個(gè)樣本點(diǎn)的隨機(jī)事件稱(chēng)為復(fù)合事件.,Ω={t| 0≤t≤ T},,E4: 在一批燈泡中任意抽取一只,測(cè)試它的壽命,,E2: 射手向一目標(biāo)射擊,直到擊中目標(biāo)為止,E3: 從四張撲克牌J,Q,K,A任意抽取兩張。,E1: 擲一顆勻質(zhì)骰子,觀察骰子出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù),Ω={1,2,…},Ω={(J,Q),…(Q,A)},Ω={1,2,3,4,5,6},寫(xiě)出下列試驗(yàn)的樣本空間,在隨機(jī)試驗(yàn)中,隨機(jī)事件一般是由若干個(gè)基本事件組成的.,,A ={出現(xiàn)奇數(shù)
7、點(diǎn)}是由三個(gè)基本事件 “出現(xiàn)1點(diǎn)”、“出現(xiàn)3點(diǎn)” 、 “出現(xiàn)5 點(diǎn)” 組合而成的隨機(jī)事件.,樣本空間Ω的任一子集A稱(chēng)為隨機(jī)事件,隨機(jī)事件(Random Events),例如,拋擲一顆骰子,觀察出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù),那么“出現(xiàn)1點(diǎn)”、“出現(xiàn)2點(diǎn)”、...、“出現(xiàn)6 點(diǎn)”為該試驗(yàn)的基本事件.,屬于事件A的樣本點(diǎn)出現(xiàn),則稱(chēng)事件A發(fā)生。,特例—必然事件Certainty Events,必然事件,樣本空間Ω也是其自身的一個(gè)子集Ω也是一個(gè)“隨機(jī)”事件
8、每次試驗(yàn)中必定有Ω中的一個(gè)樣本點(diǎn)出現(xiàn)必然發(fā)生,“拋擲一顆骰子,出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)不超過(guò)6”為 必然事件。,例,——記作Ω,特例—不可能事件Impossible Event,空集Φ也是樣本空間的一個(gè)子集,不包含任何樣本點(diǎn),不可能事件,Φ也是一個(gè)特殊的“隨機(jī)”事件,不可能發(fā)生,“拋擲一顆骰子,出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)大于6”是 不可能事件,例,——記作Φ,隨機(jī)試驗(yàn):拋擲兩顆骰子,Rolling two die,拋擲兩顆骰子,觀察出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù),隨機(jī)
9、試驗(yàn),試驗(yàn)的樣本點(diǎn)和基本事件,樣本空間,Ω={(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),...,(6,1),(6,2),...,(6,6)}.,隨機(jī)事件,試驗(yàn):拋擲兩顆骰子,觀察出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù),A=“點(diǎn)數(shù)之和等于3”,={(1,2),(2,1)},B=“點(diǎn)數(shù)之和大于11”,={(6,6)},C=“點(diǎn)數(shù)之和不小于2”,D=“點(diǎn)數(shù)之和大于12”,,= Φ,=Ω,事件的關(guān)系與運(yùn)算,給定一個(gè)隨機(jī)試驗(yàn),設(shè)Ω為其樣本空間,
10、事件A,B,Ak ( k =1 , 2 , 3 , ... ) 都是Ω的子集.,,事件,事件之間的關(guān)系與事件的運(yùn)算,集合,集合之間的關(guān)系與集合的運(yùn)算,,,,,表示事件A包含于事件B或稱(chēng)事件B包含事件A,指事件A發(fā)生必然導(dǎo)致事件B發(fā)生.(A是B的子事件),3、事件間的關(guān)系及其運(yùn)算,事件A1,A2,…An 的和記為 ,或A1 ∪ A2 ∪ … ∪ An,表示事件A與事件B中至少有一個(gè)事件發(fā)生,稱(chēng)此事件為事件A與事件B
11、的和(并)事件,或記為A+B.,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,,,,A,B,,B,,,A,表示事件A與事件B同時(shí)發(fā)生, 稱(chēng)為事件A與事件B的積(交)事件,記為AB。積事件AB是由A與B的公共樣本點(diǎn)所構(gòu)成的集合。,可列個(gè)事件A1 , A2 , … , An 的積記為A1 ∩ A2 ∩ … ∩ An 或A1A2 … An ,也可簡(jiǎn)記為 。,在可列無(wú)窮的場(chǎng)合,用 表示事件“A1、A2 、 …諸事件同時(shí)發(fā)生。
12、”,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,,B,A,,,,,事件A發(fā)生但事件B不發(fā)生,稱(chēng)為事件A與事件B的差事件。,顯然有:,則稱(chēng)A和B是互不相容的或互斥的,指事件A與B不可能同時(shí)發(fā)生。,基本事件是兩兩互不相容的。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,,A,B,,,B,A,,,A,B,則稱(chēng)A和B互為對(duì)立事件,或稱(chēng)A與B互為逆事件。事件A的逆事件記為 , 表示“A不發(fā)生”這一事件。,對(duì)于任意的事件A,B只有如下分解:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,,,A,7.
13、完備事件組,若事件A1,A2,…,An為兩兩互不相容事件, 并且A1+A2+…+An=? (必然事件), 則稱(chēng)它們構(gòu)成一個(gè)完備事件組。實(shí)際意義:每次試驗(yàn)時(shí),必然發(fā)生且僅能發(fā)生完備事件組A1,A2,…,An中的一個(gè)事件。,19,最常用的完備事件組是:某事件A與它的對(duì)立事件ā。,事件的運(yùn)算律,(1)交換律:A∪B=B∪A,AB=BA,(2)結(jié)合律(A∪B)∪C=A∪(B∪C),(3)分配律:A ∩ (B∪C)= (A∩B)∪( A ∩ C
14、 ),(A∩B)∩C=A∩(B∩C),A∪(B ∩ C)=(A∪B)∩(A∪C),(4)德·摩根律(De Morgan):,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例: 設(shè)A,B,C為三個(gè)事件,試用A,B,C表示下列事件:(1)A發(fā)生且B與C至少有一個(gè)發(fā)生;(2)A與B都發(fā)生而C不發(fā)生;(3)A,B,C恰有一個(gè)發(fā)生;(4)A,B,C中不多于一個(gè)發(fā)生;(5)A,B,C都不發(fā)生;(6)A,B,C中至少有兩個(gè)發(fā)生。,上一頁(yè),下一頁(yè)
15、,返 回,(1)第三次未中獎(jiǎng),(2)第三次才中獎(jiǎng),(3)恰有一次中獎(jiǎng),(4)至少有一次中獎(jiǎng),(5)不止一次中獎(jiǎng),(6)至多中獎(jiǎng)二次,隨機(jī)事件的頻率Frequency,A=“出現(xiàn)正面”,隨機(jī)試驗(yàn),拋擲一枚均勻的硬幣,試驗(yàn)總次數(shù)n,將硬幣拋擲n次,隨機(jī)事件,事件A出現(xiàn)次數(shù)k,出現(xiàn)正面k次,隨機(jī)事件的頻率,如何定義隨機(jī)事件的概率呢?,定義1: 在相同條件下,進(jìn)行了n次試驗(yàn).若隨機(jī)事件A在這n次試驗(yàn)中發(fā)生了k次,則比值 稱(chēng)為事件
16、A在n次實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的頻率,記為,頻率具有下列性質(zhì):,(1)對(duì)于任一事件A,有,(2),上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,歷史上著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)家蒲豐(Buffon)和皮爾遜(Pearson)曾進(jìn)行過(guò)大量拋硬幣的試驗(yàn),其結(jié)果如表所示.,可見(jiàn)出現(xiàn)正面的頻率總在0.5附近擺動(dòng).隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加,它會(huì)逐漸穩(wěn)定于0.5.,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,定義2: 設(shè)事件A在n次重復(fù)試驗(yàn)中發(fā)生了k次, n很大時(shí),頻率 穩(wěn)定在某一數(shù)值p的附近波動(dòng),而隨著
17、試驗(yàn)次數(shù)n的增加,波動(dòng)的幅度越來(lái)越小,則稱(chēng)p為事件A發(fā)生的概率,記為,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,第二節(jié) 概率、古典概率,1、概率(統(tǒng)計(jì)定義),定義3:,2、概率的公理化定義,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,證明,由定義 3 知,所以,概率的性質(zhì),不可能事件的概率為零,注意事項(xiàng),但反過(guò)來(lái),如果P(A)=0,未必有A=Φ,例如:,一個(gè)質(zhì)地均勻的陀螺的圓周上均勻地刻有[0 , 5)上諸數(shù)字,在桌面上旋轉(zhuǎn)它,求當(dāng)它停下來(lái)時(shí),圓周與桌面接觸處的刻度為2的
18、概率等于0,但該事件有可能發(fā)生。,設(shè)A1,A2, … , An兩兩互不相容,則,證明,有限可加性,若 A B,則 P (B - A) = P(B) - P(A),,,,,P(B-A)=P(B)-P(A),,差事件的概率,若 A B,則 P (B - A) = P(B) - P(AB),例,,已知P(A)=0.3,P(B)=0.6,試在下列兩種情形下分別求出P(A-B)與P(B-A),(1) 事件A,B互
19、不相容,(2) 事件A,B有包含關(guān)系,解,(2) 由已知條件和性質(zhì)3,推得必定有,解 (1)由于A與B互不相容,即AB=φ,所以,(2),則有,(3),則有,對(duì)任意兩個(gè)隨機(jī)事件A、B ,有,,加法定理,加法定理,甲、乙兩人同時(shí)向目標(biāo)射擊一次,設(shè)甲擊中的概率為 0.85 ,乙擊中的概率為 0.8 .兩人都擊中的概率為 0.68 .求目標(biāo)被擊中的概率.,解,設(shè)A表示甲擊中目標(biāo),B表示乙擊中目標(biāo),C表示目標(biāo)被擊中, 則,,= 0.85 +
20、0.8 - 0.68 = 0.97,例,考察甲,乙兩個(gè)城市6月逐日降雨情況。已知甲城出現(xiàn)雨天的概率是0.3, 乙城出現(xiàn)雨天的概率是0.4, 甲乙兩城至少有一個(gè)出現(xiàn)雨天的概率為0.52, 試計(jì)算甲乙兩城同一天出現(xiàn)雨天的概率.,解 設(shè)A表示“甲城下雨”,B表示“乙城下雨”,則,所以,例,證明,由于A與其對(duì)立事件互不相容,由性質(zhì)2有,而,所以,逆事件的概率,證,3、古典概型,定義4: 設(shè)隨機(jī)試驗(yàn)E滿足如下條件:試驗(yàn)的樣本空間只
21、有有限個(gè)樣本點(diǎn),即(2) 每個(gè)樣本點(diǎn)的發(fā)生是等可能的,即則稱(chēng)試驗(yàn)為古典概型,也稱(chēng)為等可能概型。,古典概型 中事件A的概率計(jì)算公式為,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例: 拋擲一顆勻質(zhì)骰子,觀察出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù),求出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)是不小于3的偶數(shù)的概率.,解 設(shè)A表示出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)是不小于3的偶數(shù),則基本事件總數(shù)n=6,A包含的基本事件是“出現(xiàn)4點(diǎn)”和“出現(xiàn)6點(diǎn)”即k=2,故,例: (一個(gè)古老的問(wèn)題)一對(duì)骰子連擲25次.問(wèn)出現(xiàn)雙6與不出現(xiàn)雙6的概率哪
22、個(gè)大?,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例: 設(shè)盒中有3個(gè)白球,2個(gè)紅球,現(xiàn)從盒中任抽2個(gè)球,求取到一紅一白的概率。,答:取到一紅一白的概率為0.6。,N =C52 ,,K =C31 C21 ,,P(A) =C31 C21 / C52 =0.6 .,解: 設(shè)A-----取到一紅一白,一般地,設(shè)盒中有N個(gè)球,其中有M個(gè)白球,從中任抽n個(gè)球,則這n個(gè)球中恰有k白球的概率是,例:設(shè)有同類(lèi)產(chǎn)品6件,其中有4件合格品,2件不合格品.從6件產(chǎn)品中任意抽
23、取2件,求抽得合格品和不合格品各一件的概率.,解:設(shè)A={抽得合格品和不合格品各一件}.因?yàn)榛臼录倲?shù)等于從6件可以區(qū)別的產(chǎn)品中任取2件的組合數(shù)目,故有基本事件總數(shù),且每一基本事件發(fā)生是等可能的.,事件A發(fā)生是指從4件合格品和2件不合格品中各抽出一件,抽取方法數(shù),即使事件A發(fā)生的基本事件數(shù)為,所以事件A發(fā)生的概率為,袋中有20個(gè)球,其中15個(gè)白球,5 個(gè)黑球,從中任取3個(gè),求至少取到一個(gè)白球的概率.,設(shè)A表示至少取到一個(gè)白球,Ai 表
24、示剛好取 到i個(gè)白球,i=0,1,2,3, 則,方法1 (用互不相容事件和的概率等于概率之和),P(A)=P(A1∪A2∪A3)=P(A1)+P(A2)+P(A3),解,方法2 (利用對(duì)立事件的概率關(guān)系),練習(xí),設(shè)有 k 個(gè)不同的球, 每個(gè)球 等可能地落入 N 個(gè)盒子中( ), 設(shè) 每個(gè)盒子容球數(shù)無(wú)限, 求下列事件的概率:,(1)某指定的 k 個(gè)盒子中各有一球;,(4)恰有 k 個(gè)盒子
25、中各有一球;,(3)某指定的一個(gè)盒子沒(méi)有球;,(2)某指定的一個(gè)盒子恰有 m 個(gè)球( ),(5)至少有兩個(gè)球在同一盒子中;,(6)每個(gè)盒子至多有一個(gè)球.,(分房模型),例4,課堂練習(xí),解,設(shè) (1)―(6)的各事件分別為,則,,,,,,,4、幾何概型,若試驗(yàn)具有如下特征:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例 (約會(huì)問(wèn)題)甲、乙兩人相約在某一段時(shí)間T內(nèi)在預(yù)定地點(diǎn)會(huì)面。先到者等候另一人,經(jīng)過(guò)時(shí)間t(t<T)后即離去,求甲乙
26、兩人能會(huì)面的概率.(假定他們?cè)赥內(nèi)任一時(shí)刻到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)是等可能的),上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例:(Buffon投針問(wèn)題) 1777年法國(guó)科學(xué)家蒲豐提出了下列著名問(wèn)題,這是幾何概率的一個(gè)早期例子. 平面上畫(huà)著一些平行線,它們之間的距離都等于a,向此平面任投一長(zhǎng)度為l(l<a)的針,試求此針與任一平行線相交的概率 .,解:以x表示針的中點(diǎn)與最近一條平行線間的距離,又以φ表示針與此直線間的交角.,易知樣本
27、空間滿足:,滿足這個(gè)不等式的區(qū)域?yàn)閳D中用陰影部分g,它是平面上一個(gè)矩形,針與平行線相交的充要條件是,所求的概率為,引例,,拋擲一顆骰子,觀察出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù),A={出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)是奇數(shù)}={1,3,5},B={出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)不超過(guò)3}={1,2,3},若已知出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)不超過(guò)3,求出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)是奇數(shù)的概率,即事件 B 已發(fā)生,求事件 A 的概率 P(A|B),A B 都發(fā)生,但樣本空間縮小到只包含B的樣本點(diǎn),P(A)= P(AB)=3/10,,又如,1
28、0件產(chǎn)品中有7件正品,3件次品,7件正品中有3件一等品,4件二等品. 現(xiàn)從這10件中任取一件,記,B={取到正品},,A={取到一等品},,P(A|B),則,這些例子給了我們一個(gè)“情報(bào)”,使我們得以在某個(gè)新的條件下來(lái)考慮概率問(wèn)題.,P(B )=7/10,,已知正品的條件下,取到一等品的概率,設(shè)A,B為同一個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)中的兩個(gè)隨機(jī)事件 , 且P(B)>0, 則稱(chēng),為在事件B發(fā)生的條件下,事件A發(fā)生的條件概率.,定義,第三節(jié) 條件概率
29、Conditional Probability,概率 P(A|B)與P(AB)的區(qū)別與聯(lián)系,聯(lián)系:事件A,B都發(fā)生了,區(qū)別:,(1)在P(A|B)中,事件A,B發(fā)生有時(shí)間上的差異,B先A后;在P(AB)中,事件A,B同時(shí)發(fā)生。,(2)樣本空間不同,在P(A|B)中,事件B成為樣本空間;在P(AB)中,樣本空間仍為 。,因而有,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,條件概率的性質(zhì)(自行驗(yàn)證),2)縮減樣本空間再計(jì)算,4. 條件概率的計(jì)算,
30、1) 用定義計(jì)算:,P(B)>0,P(A|B)=,B發(fā)生后的縮減樣本空間所含樣本點(diǎn)總數(shù),在縮減樣本空間中A所含樣本點(diǎn)個(gè)數(shù),(2)在原樣本空間中計(jì)算,由于,(1)在縮減的樣本空間中計(jì)算.因第一次已經(jīng)取得了次品,剩下的產(chǎn)品共19件其中3件次品,從而 P(B│A)=3/19,例1: 某批產(chǎn)品共20件,其中4件為次品,其余為正品,不放回地從中任取兩次,一次
31、取一件.若第一次取到的是次品,問(wèn)第二次再取到次品的概率是多少?,解 :令A(yù)={第一次取到次品},B={第二次取到次品}, 需求P(B│A).,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,由條件概率的定義:,即 若P(B)>0,則P(AB)=P(B)P(A|B) (2),而 P(AB)=P(BA),2、 乘法公式,若已知P(B), P(A|B)時(shí), 可以反求P(AB).,將A、B的位置對(duì)調(diào),有,故
32、 P(A)>0 , 則 P(AB)=P(A)P(B|A) (3),若 P(A)>0,則P(BA)=P(A)P(B|A),(2)和(3)式都稱(chēng)為乘法公式, 利用它們可計(jì)算兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生的概率,例:袋中裝有2個(gè)紅球和3個(gè)白球,從中依次取出2個(gè),求兩個(gè)都是紅球的概率.,解:設(shè)A1={第一次取得紅球},A2={第二次取得紅球}.(1)若用“不放回抽樣”,則P(A1A2)=P(A1)P(A2|
33、A1)=(2/5)×(1/4)=0.1(2)若用“有放回抽樣”,則P(A1A2)=P(A1)P(A2|A1)=(2/5)×(2/5)=0.16,例2: 設(shè)袋中有a只白球,b只黑球.任意取出一球后放回,并再放入與取出的球同色的球c只,再取第二次,如此繼續(xù),共取了n次,問(wèn)前n1次取出黑球,后n2 =n-n1 次取白球的概率是多少?,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,當(dāng) c &g
34、t; 0 時(shí),由于每次取出球后會(huì)增加下一次也取到同色球的概率. 這是一個(gè)傳染病模型. 每次發(fā)現(xiàn)一個(gè)傳染病患者,都會(huì)增加再傳染的概率.,到底誰(shuí)說(shuō)的對(duì)呢?讓我們用概率論的知識(shí)來(lái)計(jì)算一下,每個(gè)人抽到“入場(chǎng)券”的概率到底有多大?,“大家不必爭(zhēng)先恐后,你們一個(gè)一個(gè)按次序來(lái),誰(shuí)抽到‘入場(chǎng)券’的機(jī)會(huì)都一樣大.”,我們用Ai表示“第i個(gè)人抽到入場(chǎng)券”
35、 i=1,2,3,4,5.,顯然,P(A1)=1/5,P( )=4/5,第1個(gè)人抽到入場(chǎng)券的概率是1/5.,也就是說(shuō),,則 表示“第i個(gè)人未抽到入場(chǎng)券”,因?yàn)槿舻?個(gè)人抽到了入場(chǎng)券,第1個(gè)人肯定沒(méi)抽到.,也就是要想第2個(gè)人抽到入場(chǎng)券,必須第1個(gè)人未抽到,,由于,由乘法公式,P(A2)= (4/5)(1/4)= 1/5,計(jì)算得:,這就是有關(guān)抽簽順序問(wèn)題的正確解答.,同理,第3個(gè)人要抽到“入場(chǎng)券”,必須第
36、1、第2個(gè)人都沒(méi)有抽到. 因此,=(4/5)(3/4)(1/3)=1/5,繼續(xù)做下去就會(huì)發(fā)現(xiàn), 每個(gè)人抽到“入場(chǎng)券” 的概率都是1/5.,抽簽不必爭(zhēng)先恐后.,也就是說(shuō),,,有三個(gè)箱子,分別編號(hào)為1,2,3.1號(hào)箱裝有1個(gè)紅球4個(gè)白球,2號(hào)箱裝有2紅3白球 , 3號(hào)箱裝有3 紅球. 某人從三箱中任取一箱,從中任意摸出一球,求取得紅球的概率.,解 記 Ai={球取自i號(hào)箱}, i=1,2
37、,3; B ={取得紅球},B發(fā)生總是伴隨著A1,A2,A3 之一同時(shí)發(fā)生,,其中 A1、A2、A3兩兩互斥,另一個(gè)例子:,將此例中所用的方法推廣到一般的情形,就得到在概率計(jì)算中常用的全概率公式.,對(duì)求和中的每一項(xiàng)運(yùn)用乘法公式得,P(B)=P( A1B)+P(A2B)+P(A3B),代入數(shù)據(jù)計(jì)算得:P(B)=8/15,運(yùn)用加法公式得到,即 B= A1B∪A2B ∪ A3B, 且
38、 A1B、A2B、A3B 兩兩互斥,3、全概率公式與貝葉斯公式,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,一個(gè)事件發(fā)生.(完備事件組),全概率公式,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,解 設(shè)事件Ai是一批產(chǎn)品中有i個(gè)次品(i=0,1,2,3,4),設(shè)事件B是這批產(chǎn)品通過(guò)檢查,即抽樣檢查的10個(gè)產(chǎn)品都是合格品,則有P(B|A0)=1,,,,,所求的概率,某一事件B的發(fā)生有各種可能的原因 ,如果B是由原因Ai (i=1,2,…,n) 所引起,則A發(fā)生的概率
39、是,每一原因都可能導(dǎo)致B發(fā)生,故B發(fā)生的概率是各原因引起B(yǎng)發(fā)生概率的總和,即全概率公式.,P(BAi)=P(Ai)P(B |Ai),全概率公式.,我們還可以從另一個(gè)角度去理解,由此可以形象地把全概率公式看成為“由原因推結(jié)果”,每個(gè)原因?qū)Y(jié)果的發(fā)生有一定的“作用”,即結(jié)果發(fā)生的可能性與各種原因的“作用”大小有關(guān). 全概率公式表達(dá)了它們之間的關(guān)系 .,Ai是原因B是結(jié)果,該球取自哪號(hào)箱的可能性最大?,這一類(lèi)問(wèn)題是“已知結(jié)果求原因”. 在實(shí)
40、際中更為常見(jiàn),它所求的是條件概率,是已知某結(jié)果發(fā)生條件下,探求各原因發(fā)生可能性大小.,某人從任一箱中任意摸出一球,發(fā)現(xiàn)是紅球,求該球是取自1號(hào)箱的概率.,,,或者問(wèn):,另一個(gè)引例:,貝葉斯公式,有三個(gè)箱子,分別編號(hào)為1,2,3,1號(hào)箱裝有1個(gè)紅球4個(gè)白球,2號(hào)箱裝有2紅球3白球,3號(hào)箱裝有3紅球. 某人從三箱中任取一箱,從中任意摸出一球,發(fā)現(xiàn)是紅球,求該球是取自1號(hào)箱的概率 .,1,,,,,,1紅4白,某人從任一箱中任意摸出一球,發(fā)現(xiàn)
41、是紅球,求該球是取自1號(hào)箱的概率.,記 Ai={球取自i號(hào)箱}, i=1,2,3; B ={取得紅球},求P(A1|B),運(yùn)用全概率公式計(jì)算P(B),將這里得到的公式一般化,就得到,貝葉斯公式,貝葉斯公式,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,該公式于1763年由貝葉斯 (Bayes) 給出. 它是在觀察到事件B已發(fā)生的條件下,尋找導(dǎo)致B發(fā)生的每個(gè)原因的概率.,例3:某工廠由甲,乙,丙三臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)同一型號(hào)的產(chǎn)品,它們的產(chǎn)量各占30%
42、,35%,35%,廢品率分別為5%,4%,3%.產(chǎn)品混在一起.(1)從該廠的產(chǎn)品任取一件,求它是廢品的概率.(2)若取出產(chǎn)品是廢品,求它是由甲,乙,丙三臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)的概率各是多少?,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例4: 對(duì)以往的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明,當(dāng)機(jī)器調(diào)整良好時(shí),產(chǎn)品的合格率為90%,而機(jī)器未調(diào)整良好時(shí),其合格率為30%.每天機(jī)器開(kāi)動(dòng)時(shí),機(jī)器調(diào)整良好的概率為75%.試求已知某日生產(chǎn)的第一件產(chǎn)品是合格品,機(jī)器調(diào)整良好的概率
43、是多少?,解: 設(shè)A={機(jī)器調(diào)整良好},B={生產(chǎn)的第一件產(chǎn)品為合格品}.已知,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,練習(xí):甲、乙、丙三人獨(dú)立地向同一飛機(jī)射擊.設(shè)三人射中飛機(jī)的概率分別為0.4,0.5,0.7;一人射中飛機(jī)被擊落的概率為0.2,兩人射中飛機(jī)被擊落的概率為0.6,三人射中,則飛機(jī)被擊落.求飛機(jī)被擊落的概率.,解:設(shè)Bi={有i人射中}(i=1,2,3),A={飛機(jī)被擊落}.則P(B1)=0.4×(1-0.5)×
44、;(1-0.7)+(1-0.4)×0.5×(1-0.7) +(1-0.4)×(1-0.5)×0.7=0.36 P(B2)=0.4×0.5×(1-0.7)+0.4×(1-0.5)×0.7 +(1-0.4)×0.5×0.7=0.41 P(B3)=0.4×0.5×0.7=0.14
45、P(A|B1)=0.2 P(A|B2)=0.6 P(A|B3)=1 且B1,B2,B3兩兩互不相容,故有由全概率公式得 P(A)=P(B1)P(A|B1)+P(B2)P(A|B2)+P(B3)P(A|B3) =0.36×0.2+0.41×0.6+0.14×1=0.458,貝葉斯公式在實(shí)際中有很多應(yīng)用.,它可以幫助人們確定某結(jié)果(事件 B)發(fā)生的最可能原因.,例 某一
46、地區(qū)患有癌癥的人占0.005,患者對(duì)一種試驗(yàn)反應(yīng)是陽(yáng)性的概率為0.95,正常人對(duì)這種試驗(yàn)反應(yīng)是陽(yáng)性的概率為0.04,現(xiàn)抽查了一個(gè)人,試驗(yàn)反應(yīng)是陽(yáng)性,問(wèn)此人是癌癥患者的概率有多大?,則 表示“抽查的人不患癌癥”.,已知 P(C)=0.005,P( )=0.995, P(A|C)=0.95, P(A| )=0.04,求解如下:,設(shè) C={抽查的人患有癌癥}, A={試驗(yàn)結(jié)果是陽(yáng)性},,求 P(C|A).,現(xiàn)在來(lái)
47、分析一下結(jié)果的意義.,由貝葉斯公式,可得,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 P(C|A)= 0.1066,2. 檢出陽(yáng)性是否一定患有癌癥?,1. 這種試驗(yàn)對(duì)于診斷一個(gè)人是否患有癌癥有無(wú)意義?,如果不做試驗(yàn),抽查一人,他是患者的概率,患者陽(yáng)性反應(yīng)的概率是0.95,若試驗(yàn)后得陽(yáng)性反應(yīng)則根據(jù)試驗(yàn)得來(lái)的信息,此人是患者的概率為,從0.005增加到0.1066,將近增加約21倍.,1. 這種試驗(yàn)對(duì)于診斷一個(gè)人是否患有癌癥有意義.,P(C|A)= 0.10
48、66,P(C)=0.005,,試驗(yàn)結(jié)果為陽(yáng)性 , 此人確患癌癥的概率為 P(C|A)=0.1066,2. 即使你檢出陽(yáng)性,尚可不必過(guò)早下結(jié)論你有癌癥,這種可能性只有10.66% (平均來(lái)說(shuō),1000個(gè)人中大約只有107人確患癌癥),此時(shí)醫(yī)生常要通過(guò)再試驗(yàn)來(lái)確認(rèn).,,P(Ai) (i=1,2,…,n) 是在沒(méi)有進(jìn)一步信息(不知道事件B是否發(fā)生)的情況下,人們對(duì)諸事件發(fā)生可能性大小的認(rèn)識(shí).,當(dāng)有了新的信
49、息(知道B發(fā)生),人們對(duì)諸事件發(fā)生可能性大小P(Ai | B)有了新的估計(jì).,貝葉斯公式從數(shù)量上刻劃了這種變化,在貝葉斯公式中,P(Ai)和P(Ai |B)分別稱(chēng)為原因的驗(yàn)前概率和驗(yàn)后概率.,解,引例,,一個(gè)盒子中有6只黑球、4只白球,從中有放回地摸球。求(1) 第一次摸到黑球的條件下,第二次摸到黑球的概率;(2) 第二次摸到黑球的概率。,例,A={第一次摸到黑球},B={第二次摸到黑球},則,設(shè)A、B為任意兩個(gè)隨機(jī)事件,如果P(
50、B|A)=P(B)即事件B發(fā)生的可能性不受事件A的影響,則稱(chēng)事件B對(duì)于事件A獨(dú)立.,顯然,B對(duì)于A獨(dú)立,則A對(duì)于B也獨(dú)立,故稱(chēng)A與B相互獨(dú)立.,事件的獨(dú)立性 independence,定義,,事件的獨(dú)立性 判別定義,事件A與事件B獨(dú)立的充分必要條件是,證明,實(shí)際問(wèn)題中,事件的獨(dú)立性可根據(jù)問(wèn)題的實(shí)際意義來(lái)判斷,如甲乙兩人射擊,“甲擊中”與“乙擊中”可以認(rèn)為相互之間沒(méi)有影響,即可以認(rèn)為相互獨(dú)立,定理 下列四組事件,有相同的獨(dú)立性:,證
51、明 若A、B獨(dú)立,則,所以, 獨(dú)立。,定理,定義8:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,定義:設(shè)A,B,C是三事件,如果具有等式P(AB)=P(A)P(B),P(BC)=P(B)P(C)P(CA)=P(C)P(A) 則稱(chēng)三事件A,B,C兩兩獨(dú)立.,定義9:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,定義:設(shè)A1,A2,…,An是n個(gè)事件,如果對(duì)于任意的1≤i<j≤n有P(AiAj)=P(Ai)P(Aj) 則稱(chēng)這n個(gè)事件A1
52、,A2,…,An是兩兩獨(dú)立的.,注意:一組事件兩兩獨(dú)立并不能保證它們相互獨(dú)立.,概念辨析,事件A與事件B獨(dú)立,事件A與事件B互不相容,事件A與事件B為對(duì)立事件,例1: 假設(shè)我們擲兩次骰子,并定義事件A={第一次擲得偶數(shù)},B={第二次擲得奇數(shù)},C={兩次都擲得奇數(shù)或偶數(shù)},證明A,B,C兩兩獨(dú)立,但A,B,C不相互獨(dú)立.,證明: 容易算出,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例2: 甲、乙兩射手射擊同一目標(biāo),他們擊中目標(biāo)的概率分別為0.9與0.
53、8,求在一次射擊中(每人各射一次)目標(biāo)被擊中的概率.,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,2、 伯努利試驗(yàn)?zāi)P?定義10:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,定理1:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,例 有一批棉花種子,其出苗率為0.67,現(xiàn)每穴種4粒種子, (1) 求恰有k粒出苗的概率(0≤k≤4); (2) 求至少有兩粒出苗的概率.,(1) 該試驗(yàn)為4 重伯努利試驗(yàn),解,(2) 設(shè)B表示至少有2粒出苗的事件,則,,
54、,例 設(shè)某人打靶,命中率為0.7,重復(fù)射擊5次,求恰好命中3次的概率。,解 該試驗(yàn)為5重伯努利試驗(yàn),且,所求概率為,n=5,p=0.7;q=0.3;k=3,練習(xí):設(shè)有8門(mén)大炮獨(dú)立地同時(shí)向一目標(biāo)各射擊一次,若有不少于2發(fā)炮彈命中目標(biāo)時(shí),目標(biāo)就被擊毀,如果每門(mén)炮命中目標(biāo)的概率為0.6,求目標(biāo)被擊毀的概率.,解:8門(mén)大炮獨(dú)立地同時(shí)向一目標(biāo)各射擊一次,相當(dāng)于8重貝努里試驗(yàn).所求概率為,p= p8(2)+ p8(3)+…+ p8(8),=1
55、- p8(0)- p8(1),=1- C800.60×0.48-C810.61×0.47=0.991,練習(xí) 甲、乙、丙三人同時(shí)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行射擊, 三人擊中的概率分別為0.4、0.5、0.7. 飛 機(jī)被一人擊中而擊落的概率為0.2,被兩人擊中而擊落的概率為0.6, 若三人都擊中, 飛機(jī)必定被擊落, 求飛機(jī)被擊落的概率.,設(shè)B={飛機(jī)被擊落} Ai={飛機(jī)被i人擊中}, i=1,2,3,由全概率公式,則
56、 B=A1B+A2B+A3B,解,P(B)=P(A1)P(B |A1)+ P(A2)P(B|A2),+ P(A3)P(B |A3),可求得,為求P(Ai ) , 設(shè) Hi={飛機(jī)被第i人擊中}, i=1,2,3,將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得,P(A1)=0.36;P(A2)=0.41;P(A3)=0.14.,P(B)=P(A1)P(B |A1)+ P(A2)P(B|A2)+P(A3)P(B|A3),,=0.458,=0.36
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