概率论的发展简介及其在生活中的若干应用.doc
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1、 题 目:概率论的发展简介及其在生活中的若干应用摘要概率作为数学的一个重要部分,在生活中的应用越来越广,同样也在发挥着越来越广泛的用处。加强数学的应用性,让学生用数学知识和数学的思维方法去看待,分析,解决实际生活问题,在数学活动中获得生活经验。这是当前课程改革的大势所趋。加强应用概率的意识,不仅仅是学习的需要,更是工作生活必不可少的。人类认识到随机现象的存在是很早的,但书上讲的都是理论知识,我们不仅仅要学好理论知识,应用理论来实践才是重中之重。学好概率论,并应用概率知识解决现实问题已是我们必要的一种生活素养。 关键字:概率论 实践 解决问题 AbstractProbability as an
2、important part of mathematics, in the life of the used more and more widely, also plays a more and more extensive use. Strengthens mathematics applied, lets the student with mathematics knowledge and mathematical thinking method to treat, analysis, solve practical life in mathematics activities, gai
3、n life experience. This is the current trend of curriculum reform. Strengthen the consciousness of applied probability, not just learning, but also the need of work life indispensable. People realize how random phenomena exists is early on, but telling the theoretical knowledge, we should not only l
4、earn theory knowledge, the application of theory to practice is the most important. Learn probability, and applied probability knowledge solving realistic problem is already a life we necessary accomplishment. Key words: probability practice to solve problems 目 录一 前言 1二 概率论的发展简史 21早期的概率现象 22对早期概率论的发
5、展有过重要贡献的数学家 43成熟中的概率论 5三 概率在生活中的应用71.在经济管理决策中的应用 82.在经济损失估计中的应用103.在求解最大经济利润问题中的应用104.在经济预测中的应用115.在经济保险问题中的应用126概率论中多元统计方法在起义经营管理中的应用137概率在中奖问题中的应用148概率在优化选择中的应用149概率与选购方案的综合应用1510概率与设计方案的的综合应 16四 参考文献18五 致谢 19一 前言概率论是一门与现实生活紧密相连的学科,不过大多数人对这门学科的理解还是很平凡的:投一枚硬币,0.5 的概率正面朝上,0.5 的概率反面朝上,这就是概率论嘛。学过概率论的人
6、又多以为这门课较为理论化,特别是像母函数,极限定理等内容与现实脱节很大,专业性很强。其实如果我们用概率论的方法对日常生活中的一些看起来比较平凡的内容做些分析,常常会得到深刻的结果。 在谈及应用之前,先澄清一下多数人在概率方面的一个误解。大部分人认为一件事概率为0 即为不可能事件。这是不对的,比如甲乙玩一个游戏,甲随机地写出一个大于0 小于1的数,乙来猜。乙一次猜中这个数乙每秒猜一次,一直猜下去,“最终”猜中这个数。这两件事发生的概率都是0,但显然它们都有可能发生,甚至可以“直观”的讲发生的可能性大些。这说明概率为0 的事也是有可能发生的。不过在我看来,这样的可能性实在是太小了,在实际的操作中认
7、为不可能也是有道理的,但不管怎么说,它们确是可能事件。来看一个赌博的例子。在我国南方流行一种称为“捉水鸡”的押宝,其规则如下:由庄家摸出一只棋子,放在密闭的盒中,这只棋子可以是红的或黑的将、士、象、车,马、炮之一。赌客们把钱押在一块写有上述12 个字(6 个红字、6 个黑字)的台面的某个字上。押定后,庄家揭开盒子露出原来的棋子。凡押中者(字和颜色都对)以1 比10 得到赏金,不中者其押金归庄家通过简单计算便知,当一个赌徒押上1 元之后,其期望所得(即平均所得)为元,也就是说其净收益的期望为-元。因此这是不公平的赌博。当然了,多数赌徒即使不懂概率论,也应该明白自己参与的是不公平赌博,不过他们由于
8、的侥幸心理,抱着寻求刺激的想法,还是会义无反顾地参与进去。但由概率论的原理我们知道,长期负期望的累积,其结果必然为负,也就是说,长期的赌博,结果必然会输,那种“万一运气好”的侥幸心理是不科学的。所以说,我们不仅从社会要求上不应参与赌博,从结果上看,我们也不应赌博。再看一个应用:在12 只金属球中,混有一只假球,并且不知道它是比真球重或轻,用没有砝码的天平来称这些球,试问至少需要多少次称量才能找出这个假球,并确定它是比真球轻或重为了讲清概率论在这个问题中的应用,先讲一下熵的概念。熵是概率论的分支学科-信息论中的概念,它是一个实验不确定程度的量度,熵越大,说明该实验的不确定性越高。比方说,扔一枚硬
9、币是一个实验,扔一枚色子也是一个实验,直观地讲,我们说前者的不确定性要小些;计算结果,前者的熵为lg2,后者的熵为lg6,与直观吻合。同样,判断12个球的真假和轻重也是一个实验,它的熵为lg24,我们要在若干次称量后将其不确定性降为0,也就是要其熵降为0。每用天平称量一次(随便怎样称),天平都有3 种结果,于是最多获得lg3的信息,所以k次称量最多可得k*lg3,也就是lg的信息。令lglg24 lg 得k=3,至少进行3 次实验才能完成要求。当然,这是理论上最少的结果,我们还要找到一个现实可行的方案,实际上,这样的方案也是有的,所以说得到的解是正确的结果。这种方法将看似是智力测验的题目用数学
10、方法解决了。其实用这种方法还可解决4 次使用天平,能判断最多多少个球的真假轻重情况的问题。关于这点,可以这样考虑:第一次称量时,所有的球只有两种可能:要么在天平上,要么没有在天平上,且在天平上的球数须是偶数,否则进行的称量是得不到有用的信息的。设在天平上的球数为2u,不在天平上的球数为v,若天平平衡,下面要3 次使用天平在个球中找到假球并判其轻重,由前面的结果知的最大值为12;若天平不平,不妨设其左倾,则假球在2u个球中,且其轻重已知(若假球是左盘上的一只则假球比真球重,否则比真球轻)。判断这2u个球中哪个球为假球(轻重已判)的实验的熵为lg2u,令lglg2u=4)个球的真假和轻重状况。这也
11、说明数学的威力所在:它可以将某些东西系统化,得到更一般的结论。说了这么多,其实就是一个意思,课本上学习的是理论,我们还要尽可能与实际生活联系起来,不要把数学学死了,总之一句话,我们学习数学,是为了更好的认识世界。数学文化,也就是数学在生活中的反映吧。而概率论作为数学的一个分支,与我们的现实生活已是密不可分,了解其发展简史并把概率论作为一个工具应用于生活已是一种必要的修养。二概率论的发展简史概率论同其他数学分支一样,是在一定的社会条件下,通过人类的社会实践和生产活动发展起来的一种智力积累今日的概率论被广泛应用于各个领域,已成为一棵参天大树,枝多叶茂,硕果累累。正如钟开莱1974年所说:“在过去半
12、个世纪中,概率论从一个较小的、孤立的课题发展为一个与数学许多其它分支相互影响、内容宽广而深入的学科。”概率论发展的每一步都凝结着数学家们的心血,正是一代又一代数学家的辛勤努力才有了概率论的今天。1早期的概率现象人类认识到随机现象的存在是很早的从太古时代起,估计各种可能性就一直是人类的一件要事。早在古希腊哲学家就已经注意到必然性与偶然性问题;我国春秋时期也已有可考词语(辞海);即使提到数学家记事日程上的可考记载,也至少可推到中世纪。有史记载15世纪上半叶,就已有数学家在考虑这类问题了。如在意大利数学家帕乔利(L.pacioli)1494年出版的算术一书中就有以下问题:两人进行赌博,规定谁先获胜6
13、场谁为胜者。一次,当甲已获胜5场,乙也获胜2场时,比赛因故中断。那么,赌注该如何分配呢?所给答案为将赌注分成7份,按5:2分给甲乙两人当卡丹(Cardan Jerome,15011576)看到上述问题时,以为所给分法不妥。他考虑到接下去比赛的几种可能结果,并确定赌注应按10:1来分配(现在看来,其分法也是错误的)卡丹著有论赌博一书,其中提出一些概率计算问题。如掷两颗骰子出现的点数和的各种可能性等。此外,卡丹与塔塔利亚(Tartaglia Niccolo,15001557)还考虑了人口统计、保险业等问题。但是他们的研究工作,对数学家来说,赌博味道太浓了一些,以致数学家们对其嗤之以鼻。近代自然科学
14、创始人之一伽利略(Galileo,15641642)解决了以下问题:同时投下三颗骰子,点数和为9的情形有6种:(1、2、6)、(1、3、5)、(1、4、4)、(2、2、5)、(2、3、4)和(3、3、3)。点数和为10的情形也有6种:(1、3、6)、(1、4、5)、(2、2、6)、(2、3、5)、(2、4、4)和(3、3、4),那么出现点数和为9与10的机会应相同,而经验告知,出现10的机会比出现9的机会要多,原因何在?伽利略利用列举法得出同时掷三颗骰子出现点数和为9的情形有25种,而出现点数和为10的情形却有27种。可见,已经产生了概率论的某些萌芽。1654年7月29日,法国骑士梅累向数学神
15、童帕斯卡(pascal,16231662)提出了一个使他苦恼很久的问题:“两个赌徒相约若干局,谁先赢了S局则赢若一人赢1 局,另一人赢5 局,赌博中止,问赌本应怎么分?”帕斯卡对此思考良久,又将其转给业余数学王子费马(Fermat,16011665)。在数学史上有名的来往信件中,两人取得了一致意见:在被迫停止的赌博中,应当按每个局中人赌赢的数学期望来分配桌面上的赌注帕斯卡与费马用各自不同的方法解决这个问题,帕斯卡长于计算,运用数学归纳法,推导出数学内含的规律性,而费马以敏锐的观察力,严格的推理,建立起数学概念。以掷骰子为例来说明他们的解法即谁先胜3局,则可得到全部赌注,在甲胜2局,乙胜1局时,
16、赌局中止了,问怎样分配赌注才算公平合理。帕斯卡分析认为:甲已胜2局,乙也胜1局,如再赌一局,则或者甲大获全胜,赢得全部赌金,或者乙胜,则甲与乙胜的局数变成相等,甲、乙应平分赌金把这两种情况平均一下,甲应得赌金的3/4,乙则得赌金的1/4。费马认为:由甲已胜a局,乙已胜b局,要结束这场赌博最多还需要赌 局,在这个例子中,最多还需要玩两局,结果有四种等可能的情况:(甲胜,甲胜),(甲胜,乙胜),(乙胜,甲胜),(乙胜,乙胜)。在前面三种情况下,甲赢得全部赌金,仅第四种情况能使乙获得全部赌金因此甲有权分得赌金的3/4,而乙应分赌金的1/4。费马和帕斯卡虽然没有明确定义概率的概念,但是,他们定义了使某
17、赌徒取胜的机遇,也就是赢的情况数与所有可能情况数的比,这实际上就是概率,所以概率的发展被认为是从帕斯卡和费马开始的。正如对概率论有卓越贡献的法国数学家泊松(poisson,17811840)后来所说:“由一位广有交游的人向一位严肃的冉森派所提出的一个关于机会游戏的问题乃是概率演算的起源”。当荷兰数学家惠更斯(C.Huygens,16291695)到巴黎的时候,听说帕斯卡与费马在研究概率问题,便也参与进来,并于1657年出版了论赌博中的计算一书。书中给出了第一批概率论概念和定理(如加法定理、乘法定理)。在概率论的现代表述中,概率是基本概念,数学期望则是第二级的概念,但在历史上,顺序却相反,先有“
18、期望”概念,而古典概型的概率定义,完全可以从期望概念中导出来。因此,可以认为概率论从此诞生了。2对早期概率论的发展有过重要贡献的数学家莱布尼兹(Leibniz,16461716)于16721676年侨居巴黎时读到帕斯卡概率方面的研究成果,深刻地认识到这门“新逻辑学”的重要性,并且进行了认真的研究。在帕斯卡与费马通信讨论赌博问题的那一年,雅各伯努利(Jacob Bernoulli,16541705)诞生了。在1713年出版的其遗著猜度术中首次提出了后来以“伯努利定理”著称的极限定理,伯努利定理刻画了大量经验观测中呈现的稳定性,作为大数定律的最早形式而在概率论发展史上占有重要地位。伯努利认为:先前
19、人们对概率概念,多半从主观方面来解释,即说成是一种“期望”,这种期望是先验的等可能性的假设,是以古典概型为依据的。这种方法有极大的局限性,也许只在赌博中可用;在更多的场合,由于无法数清所有的可能情况,也无法确定不同情况的可能性彼此间的大小,这种方法就不可行他提出,为了处理更大范围的问题,必须选择另一条道路,那就是“后验地去探知我们所无法先验地确定的东西,也就是从大量相关事例的观察结果中去探知它”。这样一来,就从主观的“期望”解释转到了客观的“频率”解释。大数定律可以说明目前的大多数概率应用。由于有了它,任一种预测的准确程度将随着例数增多而提高。这就是为什么承得一个特殊事件的保险费的收费标准,要
20、高于大量的一般事件的保险费标准的原因。伯努利之后,棣莫弗(A.De Moivre,16671754)于1733年和高斯(Gauss,17771857)于1809年各自独立引进了正态分布;蒲丰(G.L.L Buffon,17071778)于1777年提出了投针问题的几何概率;泊松于1837年陈述了泊松大数定律等。特别是拉普拉斯(P.S.Laplace,17491827)1812年出版的概率的分析理论以强有力的分析工具处理概率论的基本内容,使以往零散的结果系统化拉普拉斯的著作实现了从组合技巧向分析方法的过渡,开辟了概率论发展的新时期。正是在这部著作中,拉普拉斯给出了概率的古典定义:事件的概率 等于
21、一次试验中有利于事件A的可能结果数与该试验中所有可能结果数之比。籍此拉普拉斯曾以“中立原理”计算出第二天太阳升起的概率为1/826214。值得说明的是,拉普拉斯认为世界是决定性的,偶然性只是出于人们的无知如果我们能预知一切情况,以后的发展使可全知。关于这点拉普拉斯在其概率论的哲学试验中说的很明确:“智慧如果能在某一瞬间知道转动着自然的一切力量,知道大自然所有组成部分的相对位置,再者,如果它是如此浩瀚,足以分析这些材料,并能把上到庞大的天体下至微小的原子的所有运动悉数囊括在一个公式之中,那么,对于它来说,就没有什么东西是不可靠的了,无论是将来或过去,在它面前都会昭然若揭。”按此观点,宇宙的一切发
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- 概率论 发展 简介 及其 在生活中 若干 应用
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