Классическая и статистическая вероятность Основные понятия. Теоремы сложения и умножения.
Формулы полной вероятности, Бейеса, Бернулли. Теоремы Лапласа.
Вопросы
- Предмет теории вероятности.
- Виды событий.
- Классическое определение вероятности.
- Статистическое определение вероятности.
- Геометрическое определение вероятности.
- Теорема сложения вероятностей несовместных событий.
- Теорема умножения вероятностей независимых событий.
- Условная вероятность.
- Умножение зависимых событий.
- Сложение совместных событий.
- Формула полной вероятности.
- Формула Бейеса.
13. Биноминальный, полиномиальный закон распределения .
- Предмет теории вероятностей. Основные понятия.
Событием в теории вероятностей называют всякий факт, который может произойти в результате некоторого опыта (испытания).
Например: Стрелок стреляет по мишени. Выстрел – испытание, попадание в мишень – событие. События принято обозначать
Единичное случайное событие – следствие очень многих случайных причин, которые очень часто невозможно учесть. Однако, если рассматривать массовые однородные события (многократно наблюдающиеся при осуществлении опыта в одних и тех же условиях), то они оказываются подчиняются определенным закономерностям: если бросать монету в одних и тех же условиях большое число раз, можно с небольшой погрешностью предсказать, что число появлений герба будет равно половине числа бросков.
Предметом теории вероятностей является изучение вероятностных закономерностей массовых однородных случайных событий. Методы теории вероятностей широко применяются в теориях надежности, стрельбы, автоматического управления и т.д. Теория вероятности служит обоснованием математической и прикладной статистики, которая в свою очередь используется при планировании и организации производства, при анализе технологических процессов и т.д.
Определения.
1. Если в результате опыта событие
а) всегда произойдет, то - достоверное событие,
б) никогда не наступит, то - невозможные событие,
в) может произойти, то может и не произойти, то - случайное (возможное) событие.
2. События называются равновозможным, если есть основания считать, что ни одно из этих событий не имеет больше шансов появиться в результате опыта, чем другие.
3. События и - совместные (несовместные), если появление одного из них не исключает (исключает) появление другого.
4. Группа событий совместна, если совместны хотя бы два события из это й группы, иначе – несовместна.
5. Группа событий называется полной, если в результате опыта обязательно наступит одно из них.
Пример 1. По мишени производят три выстрела: Пусть - попадание (промах) при первом выстреле - при втором выстреле, - при третьем выстреле. Тогда
а) - совместная группа равновозможных событий.
б) - полная группа несовместных событий. - событие, противоположное .
в) - полная группа событий.
Классическая и статистическая вероятность
Классический способ определения вероятности применяется для полной группы равновозможных несовместных событий.
Каждое событие этой группы назовем случаем или элементарным исходом. По отношению к каждому событию случаи делятся на благоприятные и неблагоприятные.
Определение 2. Вероятностью события называют величину
,
где - число случаев, благоприятных появлению события , - общее число равно-возможных в данном опыте случаев.
Пример 2. Брошены две игральные кости. Пусть событие - сумма выпавших очков равна . Найти .
а) Ошибочное решение. Всего возможно 2 случая: и - полная группа несовместных событий. Благоприятен одни случай, т.е.
Это ошибка, так как и не равновозможные.
б) Всего равновозможных случаев . Благоприятные случаи: выпадение
Слабыми сторонами классического определения являются:
1. - количество случаев конечно.
2. Результат опыта очень часто невозможно представить в виде совокупности элементарных событий (случаев).
3. Трудно указать основания, позволяющие считать случаи равновозможными.
Пусть произведено серия из испытаний.
Определение 3.Относительной частотой события называют величину
,
где - число испытаний, в которых появилось события , - общее число испытаний.
Длительные наблюдения показали, что в различных опытах при достаточно больших
изменяется мало, колеблясь около некоторого постоянного числа, которое назовем статистической вероятностью.
Вероятность обладает следующими свойствами:
- Вероятность достоверного события равна 1.
- Вероятность невозможного события равна 0.
- Для любого события
Алгебра событий
7.3.1Определения.
8. Суммой или объединением нескольких событий называется событие, состоящее хотя бы одного из них.
9. Произведением нескольких событий, называется событие, состоящее в совместном появлении всех этих событий.
Из примера 1. - хотя бы одно попадание при трех выстрелах, - попадание при первым и вторым выстрелах и промах при третьем.
- ровно одно попадание.
- не менее двух попаданий.
10. Два события называется независимыми (зависимыми), если вероятность одного из них не зависит (зависит) от появления или не появления другого.
11. Несколько событий называются независимыми в совокупности, если каждое из них и любая линейная комбинация из остальных событий, есть события независимые.
12. Условной вероятностью называют вероятность события , вычисленного в предположении, что событие произошло.
7.3.2 Теорема умножения вероятностей.
Вероятность совместного появления (произведе-ния) нескольких событий равна произведению вероятности одного из них на условные вероятности остальных событий, вычисленных в предположении, что все предыдущие события имели место
Следствие 1. Если - независимы в совокупности, то
Действительно: так как .
Пример 3. В урне 5 белых, 4 черных и 3 синих шара. Каждое испытание состоит в том, что из урны наудачу извлекают один шар. Какова вероятность того, что при первом испытании появится белый шар , при втором – черный шар , при третьем – синий шар , если
а) каждый раз шар возвращается в урну.
- в урне после первого испытания шаров из них 4 белых. . Отсюда
.
б) шар не возвращается в урну. Тогда - независимые в совокупности и
7.3.3 Теорема сложения вероятностей.
Вероятность появления хотя бы одного из событий равна
Следствие 2. Если события попарно несовместные, то
Действительно в этом случае
Пример 4. Производится три выстрела по одной мишени. Вероятность попадания при первом выстреле - , при втором - , при третьем - . Найти вероятность хотя бы одного попадания.
Решение. Пусть - попадание при первом выстреле, - при втором, - при третьем, - хотя бы одно попадании при трех встрелах. Тогда , где - совместные независимые в совокупности. Тогда
Следствие 3. Если попарно несовместные события образуют полную группу, то
Следствие 4. Для противоположных событий
Иногда при решении задач легче найти вероятность противоположного события. Например в примере 4 - промах при трех выстрелах. Так как независимые в совокупности, и то
Следствие 5. Вероятность появления хотя бы одного из событий , независимых в совокупности равна
(1)
где - вероятности появления событий .
В случае, если имеют одинаковую вероятность , то формула (1) имеет вид , где
Формула полной вероятности
Задача 1. Пусть событие может наступить или не наступить с одним из несовместных событий (гипотез) образующих полную группу. Пусть известны
и условные вероятности . Тогда справедлива формула полной вероятности
(1)
Пример 1. В цехе типа станков с одинаковой производительностью изготавливают один и те же детали. Станки первого типа производят 0,94 деталей стандартного качества, 2-го типа-0,9, 3-го типа –0,85, которые в нерассортированном виде лежат на складе. Какова вероятность того, что наудачу взятая деталь стандартного качества, если станков 1-го типа 5,2-го, 3-го –2.
Решение. Пусть - наудачу взятая деталь стандартного качества. Тогда гипотезы: - деталь произведена станком 1-го типа, - 2-го типа, - 3-го типа. Так как производитель-ность станков одинакова, то . Если деталь произведена станком 1-го типа, то . Аналогично
Формула Бейеса
Предположим, что при условиях задачи 1 произведено испытание, в результате которого появилось событие . Как изменится вероятности гипотез в связи с появлением .
Теорема гипотез (формула Бейеса). Вероятности гипотез после испытания равна
. (2)
Пример 2. В условиях примера 5 наудачу взятая деталь оказалась стандартного качества. Какова вероятность того, что эта деталь изготовлена на станке 2-го типа .
Решение. - вероятность гипотезы до испытания (до появления события ), - после испытания.
|