概率论与数理统计教程(茆诗松).ppt
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1、1.1 随机事件及其运算1.2 概率的定义及其确定方法1.3 概率的性质1.4 条件概率1.5 独立性,第一章 随机事件与概率,2.随机现象,1.1.1 随机现象:自然界中的有两类现象,1.确定性现象,每天早晨太阳从东方升起;,水在标准大气压下加温到100oC沸腾;,掷一枚硬币,正面朝上?反面朝上?,一天内进入某超市的顾客数;,某种型号电视机的寿命;,1.1 随机事件及其运算,1.1.1 随机现象,随机现象:在一定的条件下,并不总出现相 同结果的现象称为随机现象.特点:1.结果不止一个;2.事先不知道哪一个会出现.随机现象的统计规律性:随机现象的各种结果 会表现出一定的规律性,这种规律性称之为
2、 统计规律性.,1.随机试验(E)对随机现象进行的实验与观察.它具有两个特点:随机性、重复性.,2.样本点 随机试验的每一个可能结果.,3.样本空间()随机试验的所有样本点构成的集合.,4.两类样本空间:离散样本空间 样本点的个数为有限个或可列个.连续样本空间 样本点的个数为无限不可列个.,1.1.2 样本空间,1.随机事件 某些样本点组成的集合,的子集,常用A、B、C表示.,3.必然事件(),4.不可能事件()空集.,5.随机变量 表示随机现象结果的变量.常用大写字母 X、Y、Z 表示.,2.基本事件 的单点集.,1.1.3 随机事件,表示随机现象结果的变量.常用大写字母 X、Y、Z 表示.
3、,1.1.4 随机变量,在试验中,A中某个样本点出现了,就说 A 出现了、发生了,记为A.维恩图(Venn).事件的三种表示 用语言、用集合、用随机变量.,事件的表示,包含关系:A B,A 发生必然导致 B 发生.相等关系:A=B A B 而且 B A.互不相容:A 和 B不可能同时发生.,事件间的关系,解:1)显然,B 发生必然导致A发生,所以 BA;.,2)又因为A发生必然导致B发生,所以 AB,由此得 A=B.,例,口袋中有a 个白球、b 个黑球,从中一个一个不返 回地取球。A=“取到最后一个是白球”,B=“取到最后一段是白球”。问 A 与 B 的关系?,并:A B A 与 B 至少有一
4、发生 交:A B=AB A 与 B 同时发生 差:A B A发生但 B不发生 对立:A 不发生,事件的运算,事件运算的图示,A B,A B,A B,德莫根公式,记号 概率论 集合论 样本空间,必然事件 空间 不可能事件 空集 样本点 元素 AB A发生必然导致B发生 A是B的子集 AB=A与B互不相容 A与B无相同元素 AB A与B至少有一发生 A与B的并集 AB A与B同时发生 A与B的交集 AB A发生且B不发生 A与B的差集 A不发生、对立事件 A的余集,基本事件互不相容,基本事件之并=,注意点(1),注意点(2),若 A1,A2,An 有 1.Ai互不相容;2.A1A2 An=则称 A
5、1,A2,An 为的一组分割.,样本空间的分割,1.若A 是 B 的子事件,则 AB=(),AB=(),2.设 A 与B 同时出现时 C 也出现,则()AB 是 C 的子事件;C 是 AB 的子事件;AB 是 C 的子事件;C 是 AB 的子事件.,课堂练习,B,A,3.设事件 A=“甲种产品畅销,乙种产品滞销”,则 A 的对立事件为()甲种产品滞销,乙种产品畅销;甲、乙两种产品均畅销;甲种产品滞销;甲种产品滞销或者乙种产品畅销.,4.设 x 表示一个沿数轴做随机运动的质点位置,试说明下列各对事件间的关系 A=|xa|,B=x a A=x20,B=x22 A=x22,B=x19,AB,相容,不
6、相容,5.试用A、B、C 表示下列事件:A 出现;仅 A 出现;恰有一个出现;至少有一个出现;至多有一个出现;都不出现;不都出现;至少有两个出现;,设为样本空间,F 是由的子集组成的集合 类,若F 满足以下三点,则称 F 为事件域,事件域,1.F;,2.若 AF,则 F;,3.若 AnF,n=1,2,则 F.,直观定义 事件A 出现的可能性大小.统计定义 事件A 在大量重复试验下 出现的频率的稳定值称为该事件的概率.古典定义;几何定义.,1.2 概率的定义及其确定方法,非负性公理:P(A)0;正则性公理:P()=1;可列可加性公理:若A1,A2,An 互不相容,则,概率的公理化定义,从 n 个
7、元素中任取 r 个,求取法数.排列讲次序,组合不讲次序.全排列:Pn=n!0!=1.重复排列:nr选排列:,排列与组合公式,组 合,组合:,重复组合:,求排列、组合时,要掌握和注意:加法原则、乘法原则.,注 意,加法原理,完成某件事情有 n 类途径,在第一类途径中有m1种方法,在第二类途径中有m2种方法,依次类推,在第 n 类途径中有mn种方法,则完成这件事共有 m1+m2+mn种不同的方法.,乘法原理,完成某件事情需先后分成 n 个步骤,做第一步有m1种方法,第二步有 m2 种方法,依次类推,第 n 步有mn种方法,则完成这件事共有 m1m2mn种不同的方法.,随机试验可大量重复进行.,确定
8、概率的频率方法,进行n次重复试验,记 n(A)为事件A的频数,称 为事件A的频率.,频率fn(A)会稳定于某一常数(稳定值).,用频率的稳定值作为该事件的概率.,古典方法 设 为样本空间,若 只含有限个样本点;每个样本点出现的可能性相等,则事件A的概率为:P(A)=A中样本点的个数/样本点总数,确定概率的古典方法,抛一枚硬币三次 抛三枚硬币一次 1=(正正正),(反正正),(正反正),(正正反),(正反反),(反正反),(反反正),(反反反)此样本空间中的样本点等可能.2=(三正),(二正一反),(二反一正),(三反)此样本空间中的样本点不等可能.,注 意,例,六根草,头两两相接、尾两两相接。
9、求成环的概率.,解:用乘法原则直接计算,所求概率为,n 个人围一圆桌坐,求甲、乙两人相邻而坐的概率.,解:考虑甲先坐好,则乙有n-1个位置可坐,而“甲乙相邻”只有两种情况,所以,P(A)=2/(n-1)。,例1.2.2,n个人坐成一排,求甲、乙两人相邻而坐的概率.(注意:请与上一题作比较),解:1)先考虑样本空间的样本点数:甲先坐、乙后坐,则共有n(n1)种可能.2)甲在两端,则乙与甲相邻共有2种可能.3)甲在中间(n2)个位置上,则乙左右都可坐,所以共有2(n2)种可能。由此得所求概率为:,例,确定概率的几何方法,若 样本空间充满某个区域,其度量(长度、面 积、体积)为S;落在中的任一子区域
10、A的概率,只与子区域的度量SA有关,而与子区域的位置无关(等可能的).则事件A的概率为:P(A)=SA/S,几何方法的例子,例 蒲丰投针问题 平面上画有间隔为d 的等距平行线,向平面任意投掷一枚长为l 的针,求针与平行线相交的概率.,蒲丰投针问题(续1),解:以x表示针的中点与最近一条平行线的距离,又以表示针与此直线间的交角.易知样本空间满足:0 x d/2;0.形成x-平面上的一个矩形,其面积为:S=d(/2).,蒲丰投针问题(续2),A=“针与平行线相交”的充要条件是:x l sin(/2).针是任意投掷的,所以这个问题可用几何方法 求解得,由蒲丰投针问题知:长为l 的针与平行线相交的概率
11、为:2l/d.而实际去做 N 次试验,得 n 次针与平行线相交,则频率为:n/N.用频率代替概率得:2lN/(dn).历史上有一些实验数据.,的随机模拟,蒲丰投针问题的推广,平面上画有间隔为d的等距平行线,向平面任意投掷一个边长为a,b,c(均小于d)的三角形,求三角形与平行线相交的概率 分析:三角形与平行线相交有以下三种情况:1)一个顶点在平行线上;2)一条边与平行线重合;3)两条边与平行线相交.前两种情况出现的概率为零.所以只要去确定两条边与平行线相交的概率.,解:记Pab,Pac,Pbc,Pa,Pb,Pc分别为边ab,ac,bc,a,b,c与平行线相交的概率,则所求概率为 p=P(三角形
12、与平行线相交)=Pab+Pac+Pbc.由蒲丰投针问题知Pa=2a/(d),Pb=2b/(d),Pc=2c/(d).因为 Pa=Pab+Pac,Pb=Pab+Pbc,Pc=Pac+Pbc 所以 Pa+Pb+Pc=2(Pab+Pac+Pbc),由此得 p=Pab+Pac+Pbc=(Pa+Pb+Pc)/2=(a+b+c)/(d).,性质 P()=0.注意:逆不一定成立.,1.3 概率的性质,性质1.3.2(有限可加性)若AB=,则P(AB)=P(A)+P(B).可推广到 n 个互不相容事件.性质1.3.3(对立事件公式)P()=1P(A).,概率的可加性,性质1.3.4 若AB,则 P(AB)=P
13、(A)P(B);若AB,则 P(A)P(B).性质 P(AB)=P(A)P(AB).,概率的单调性,(6)P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)P(ABC)=P(A)+P(B)+P(C)P(AB)P(AC)P(BC)+P(ABC),概率的加法公式,AB=,P(A)=0.6,P(AB)=0.8,求 B 的对立事件的概率。,解:由 P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)=P(A)+P(B),例,得 P(B)=P(AB)P(A)=0.80.6=0.2,,所以 P()=10.2=0.8.,例,解:因为 P(AB)=P(A)P(AB),所以先求 P(AB),由加法公式得 P(AB)=P(A)+P(B
14、)P(AB),=0.4+0.30.6=0.1,所以 P(AB)=P(A)P(AB)=0.3,P(A)=0.4,P(B)=0.3,P(AB)=0.6,求 P(AB).,例,解:因为A、B、C 都不出现的概率为,=1P(A)P(B)P(C)+P(AB)+P(AC)+P(BC)P(ABC)=11/41/41/4+0+1/6+1/60=15/12=7/12,P(A)=P(B)=P(C)=1/4,P(AB)=0,P(AC)=P(BC)=1/6,求 A、B、C 都不出现的概率.,口袋中有n1个黑球、1个白球,每次从口袋中随机地摸出一球,并换入一只黑球.求第k 次取到黑球的概率.,利用对立事件,解:记A为“
15、第k 次取到黑球”,则A的对立事件为,“第k 次取到白球”.,而“第k 次取到白球”意味着:,“第1次第k1次取到黑球,而第k 次取到白球”,思 考 题,口袋中有2个白球,每次从口袋中随 机地摸出一球,并换入一只黑球.求第k 次取到黑球的概率.,例,解:用对立事件进行计算,记 A=“至少出现一次6点”,,则所求概率为,一颗骰子掷4次,求至少出现一次6点的概率.,例,解:记 B=“至少出现一次双6点”,,则所求概率为,两颗骰子掷 24 次,求至少出现一次 双6点 的概率.,从 1,2,9中返回取n次,求取出的n个数的乘积能被10整除的概率.,利用对立事件和加法公式,解:因为“乘积能被10整除”意
16、味着:,“取到过5”(记为A)且“取到过偶数”(记为B)。,因此所求概率为 P(AB).,利用对立事件公式、德莫根公式和加法公式,甲掷硬币n+1次,乙掷n次.(习题1.3第10题)求甲掷出的正面数比乙掷出的正面数多的概率.,利用对称性,解:记甲正=甲掷出的正面数,乙正=乙掷出的正面数.甲反=甲掷出的反面数,乙反=乙掷出的反面数.,因为 P(甲正乙正)=P(n+1-甲反 n-乙反),=P(甲反-1乙反),=P(甲反乙反),=1P(甲正乙正)(对称性),所以 2P(甲正乙正)=1,由此得 P(甲正乙正)=1/2,N 个产品,其中M个不合格品、NM个合格品.(口袋中有M 个白球,NM 个黑球),常见
17、模型(1)不返回抽样,从中不返回任取n 个,则此 n 个中有 m 个不合格品的概率为:,此模型又称 超几何模型.,n N,m M,nmNM.,口袋中有5 个白球、7个黑球、4个红球.从中不返回任取3 个.求取出的 3 个球为不同颜色的球的概率.,思 考 题,购买:从01,35 中选7个号码.开奖:7个基本号码,1个特殊号码.,彩票问题幸运35选7,中奖规则,1)7个基本号码 2)6个基本号码+1个特殊号码 3)6个基本号码 4)5个基本号码+1个特殊号码 5)5个基本号码 6)4个基本号码+1个特殊号码 7)4个基本号码,或 3个基本号码+1个特殊号码,中奖概率,中所含样本点个数:,将35个号
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