概率基础是集合。
微分学研究确定性变量。概率论讨论不确定性变量,即随机变量。
随机变量取值的背后,如影随行地跟着这个值出现的概率。这样一来,不确定性过程的讨论就要复杂一些。
做某个试验,一个可能的结果称为一个“基本点”;所有可能的结果自然形成一个集合。称为样本空间。样本空间内由基本点组成的子集合称为“事件”。 基本点”又称为“基本事件”。
在微积分中,我们把(实轴上的)点与实数视为一件事。高等微积分的第一章,讲实数集的完备性,证明全体实数与数轴上的点成一一对应。学习概率,要下意识地把“事件”与集合当一回事。
为了量化研究,人们在样本空间上建立基本点与数之间的一一对应关系,记为x或y,……称为随机变量。所谓“随机向量”,只不过是同时研究定义在样本空间上的两个或若干个随机变量。
离散型随机变量 ——如果样本空间内只有有限个基本点,相应的随机变量只能取有限个值;或者样本空间内的基本点能与自然数集建立一一对应关系,相应的随机变量取值为一个数列;都称为离散型随机变量。
画外音:集合理论把无穷集分为两类。一类叫可列集。其元素能与自然数集建立一一对应关系。另一类叫不可列集,其元素能与区间(0,1)建立一一对应关系。)
只要列出离散型随机变量x的全部取值及其相应的概率,即给出“分布列”,就完整地给出了一个一维的不确定性数学模型。二维情形则是用矩阵给出随机向量(x,y)能取得的每一个随机点(x,y)及其概率。在此基础上展开讨论。
从根本上说,用不着微积分知识。因而有的教材把离散型随机变量单列在前。
每作一次试验,当然只能有一个结果。这个基本点属于哪个事件,就说“该事件发生”。这可以简洁地归纳为“一点出现,事件发生”。由此可以更深刻地理解事件之间的关系。
1)包含 ——a事件发生则b事件一定发生 。 a事件的基本点必然是b事件的基本点。a含于b,或b包含。
概率 p(a) ≤p(b)
2)互斥(不相容)——a事件发生则b事件一定不发生。 a的基本点都不属于b ,或a与b的交是空集。
a 与 b 互斥,则概率 p(ab) =0
互斥的特殊情形是互逆。
a 事件与 b 事件互逆 ——a与b互斥,且a与b的并集是整个样本空间。
为了方便,把 a 的逆事件记为 aˉ ;概率 p(a)+ p(aˉ) 1
3)和事件 a + b ——相应于集合 a 与 b 的并集。
和事件 a+b 发生的要点是“或”。或者a事件发生,或者b事件发生,或者a事件b事件同时发生。
概率 p(a+b) =p(a) +p(b)- p(ab)
4)积事件ab ——相应于集合 a 与 b 的交集。
积事件ab发生的要点是“都”。 a 事件 b 事件同时发生。
或”与“都”相互为逆。
和事件 a+b 的逆为积事件 aˉbˉ——a 事件 b 事件都不发生。
积事件 ab 的逆为和事件 aˉ+ bˉ——或 a不发生,或 b不发生,或 a 与 b 都不发生。
潜台词:“或”的逆是“都不”。 都”的逆是“或不”)
可以类似讨论多个事件,乃至可列无穷多个事件的和事件与积事件。相应公式称为德·摩根法则。
5)差事件a—b ——
a事件发生而b事件不发生。相当于a—ab,等价于积事件ab
概率 p (a-b) =p(a)- p(ab)
6)相互独立 ——若对于事件a,b成立概率公式 p(ab) =p(a) p(b),就称事件a,b相互独立。
定理事件a,b相互独立,等价于事件aˉ与bˉ相互独立;等价于事件a与bˉ相互独立;还等价于事件aˉ与b相互独立。
三个事件a,b,c相互独立 ——它们两两独立,且满足p(abc) =p(a) p(b) p(c)
可以用归纳法定义n个事件相互独立。
用文氏图可以形象表示前5个在集合背景下的关系。但文氏图不能表式用概率公式定义的“相互独立”概念。
8)加法定理。
如果事件a,b互斥,显然有 p(a+b) =p(a) +p(b),一般情况下,可以作互斥分解。
a + b =(a-ab)+(b-ab)+ ab 从而 p(a+b) =p(a) +p(b)-p(ab)
进一步有 p(a+b+c) =p(a) +p(b)+ p(c)-p(ab) -p(ac) -p(bc) +p(abc)
例 1 以a表示事件“甲种产品畅销,乙种产品滞销”,则其逆事件aˉ为。
a)“甲种产品滞销,乙种产品畅销” (b)“甲乙两种产品均畅销”
c)“甲种产品畅销d)“甲种产品滞销或乙种产品畅销”
分析 a 是个积事件。“都”的逆是“或不”;应选(d)。
例2 已知事件a与b同时发生时,事件c一定发生。则。
a)p(c) ≤p(a) +p(b) -1 (b)p(c) ≥p(a) +p(b) -1
c) p(c) =p(abd)p(c)= p(a+b)
分析由已知得c包含ab ;故 p(c)≥p(ab) ,顺便再进一步观察。
p(ab) =p(a) +p(b) -p(a+b) ≥p(a) +p(b) -1 应选(b)。
例3 设随机事件 a ,b及其和事件 a + b 的概率分别是 0.4,0.3 和 0.6 ,若 bˉ表示 b 的对立事件,那么积事件 abˉ的概率 p(abˉ) 0.3
分析 p(ab) =p(a) +p(b)-p(a + b) =0.1 故p(abˉ) p(a)-p(ab) =0.3
或利用互斥分解 a = ab + a bˉ,p(a) =p(ab) +p(a bˉ) p(abˉ) 0.3
例4 若积事件ab出现的概率 p(ab) =0,则。
a)a与b不相容 (即a与b互斥) (b)ab是不可能事件。
c)ab未别是不可能事件d)或p(a) =0 ,或 p(b) =0
分析已知是概率条件,而“不相容”是用事件定义的。二者没有关系。(a)错。
0 概率事件不一定是不可能事件。(b)错。(d)显然荒谬。 应选(c)。
例5 设a和b是任意两个概率不为零的不相容事件,则下列结论中肯定正确的是。
(a) aˉ与bˉ不相容b)aˉ与bˉ相容。
c) p(ab) =p(a) p(bd)p (a-b) =p(a)
分析和事件a+b的逆为积事件 aˉbˉ 故仅当a与b构成完备事件组,即a、b互逆时,aˉ与bˉ才一定不相容。本题不一定能满足此条件,故(a)、(b)都错。
c)是相互独立的定义条件,与“不相容”无关。
因为 a 与 b 不相容,即 a b = 所以 a-b = a—ab = a ,应选(d)。
例6 对于任意两事件 a 和 b ,若 a b≠ ,则 (a)a与b一定相互独立。
b)a与b可能独立。 (c)b与b一定独立。 (d)a与b一定不独立。
分析已知事件关系,而“相互独立”是用概率来定义的 ,二者没有关系。应选(b)。
潜台词:啊,三个例题同含有一个知识点。)
例7 已知随机事件a,b满足条件 p(ab) =p(aˉbˉ) 且p(a) =p ,求p(b)
分析由已知得 p(ab) =p(aˉbˉ) p((a+ b)ˉ)1-p(a+b)
即 p(ab) =1-p(a) -p(b) +p(ab) 故 p(b)= 1-p(a)
例 8 将一枚硬币独立地掷两次。记事件a1=,a2 =,a3 = a4 = 则事件。
a)a1 ,a2 ,a3 相互独立。 (b)a2 ,a3 ,a4 相互独立。
c)a1 ,a2 ,a3 两两独立。 (d)a2 ,a3 ,a4 两两独立。
分析四个事件的概率皆不为 0 ,但显然 p(a1 a2 a3)= 0 ,p(a2 a3 a4) =0 ,故答案只能是两两独立。同理,p(a3 a4)= 0 , a 3 与 a 4 不能相互独立。应选(c)。
例9 试证明,事件 a ,b 相互独立等价于 aˉ与 b 相互独立。
分析选择 p(b) =p(ab) +p(aˉb) ,若已知 p(ab) =p(a) p(b) ,则。
p (aˉb) =p(b)-p(ab) =p(b)-p(a) p(b) =p(b) (1-p(a)) p(b)p(aˉ)
若已知 p(aˉb) =p(b)p(aˉ) 同样选择 p(b) =p(ab) +p(aˉb)
p(ab) =p(b) -p(aˉb) =p(b) -p(aˉ)p(b) =p(b)(1-p(aˉ) p(a) p(b)
画外音:循环证明(7)中的“相互独立四等价”(条件),那是绝好的基本练习。)
经典概型学重点。
如果样本空间只有有限个基本点,且每个基本事件发生的概率相同,则定义事件a发生的概率
p(a) =a所含基本点(有利点)数∕基本点总数。
这样定义的概率称为古典概率。相应的模型称为古典概型。
经典概率模型资料浩如烟海,思维处理方法千姿百态。学习时要着眼应用,熟悉典型。
1. 抛球模型 ——把 n 个小球等可能地投入n个(n≤n)空盒中,每个球的落点有n个结果。基本点总数为 n的 n 次方。
1) 若 a =“n个小球恰好都落在一个指定的盒中” ,则显然有
p(a) =1∕n的n次方
2) 若 a =“n个小球恰好各在一个盒中” ,先取n个(n≤n)空盒中的任意 n 个盒,再考虑排序,则有利点数为 (n个中取n个的组合数)× n!
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