第一章随机事件及其概率。
1.1 随机事件。
为了研究随机现象,就要对客观事物进行观察,观察过程称为试验。这里所研究的试验具有下列特点:
1 在相同条件下,试验可重复进行。
2 每次试验结果具有多种可能性,试验之前可以确定试验的所有可能结果。但是不能准确地预言试验将出现那种结果。
一.随机事件的概念。
1. 事件:试验结果称为事件。
2. 随机事件:在每次试验中可能发生,也可能不发生,而在大量试验中具有某种规律性的。
事件称为随机事件,通常用a、b、c等大写字母表示。
3. 基本事件:在随机事件中,有些可以看成是由某些事件复合而成,而有些则不能,这种。
不能分解成其它事件组合的最简单的随机事件称为基本事件。
4. 必然事件与不可能事件:每次试验中一定发生的事件称为必然事件,用ω表示。
每次实验中一定不发生的事件称为不可能事件,用φ表示。
关系:在相同的条件下,每次实验中若某个结果必然发生,那么它的反面就一定不发生,如扔一个骰子时,“点数小于7”是必然事件,但它的反面就是不可能事件。
注意:1 不论必然事件,不可能事件还是随机事件都是相对一定的试验条件而言,若条件变了,事件的性质也会变。如扔一个骰子时,“点数小于7”是必然事件,但扔10个骰子时“点数之和小于7”就是不可能事件。
必然事件与不可能事件是随机事件的两个极端情况。
二.事件的表示。
为了方便,可以用点集或图示来表示事件。
基本事件:用包含一个元素ω的单点集表示。
由若干个基本事件复合而成的事件:,其中表示某个基本事件,为其对应元素。
由所有基本事件所对应的元素构成的集合称为样本空间,每个元素称为样本点,样本空间作为一个事件是必然事件,仍记为ω。于是某个随机事件对应到样本空间的某个子集。
不可能事件就是ф。
三.事件间的关系与运算。
1.事件的包含:称b包含a或a包含于b。
或逆否命题:)
2.事件的相等:事件a包含于b,事件b也包含于a,称a与b相等。
3.事件的并(和)
事件a、b中至少有一个发生,即“a或b”,这是一个事件称为a与b的并(和)。记为。
n个事件中至少有一个发生,这是一个事件,称为的并(和),记为。
类似地,可列个事件的并(和)表示可列个事件中至少有一个发生,记为。
4.事件的交(积)
两个事件a与b同时发生,即“a且b”,这是一个事件,称为a与b的交(积)。
记为。5.事件的差。
事件发生而事件不发生,这是一个事件,称为与的差,记为。
6.互不相容事件。
事件a与b不能同时发生,即,称与b互不相容(或互斥)。
若,则称与b是相容的。
显然基本事件是不相容的。
7.对立事件。
事件“非”称为事件的对立事件(或逆事件),记为,。
显然,,,8.完备事件组。
设为两两互不相容的事件,并且,则称构成一个完备事件组。
例1 掷一颗骰子实验,观察出现的“点”数:事件表示“基数点”;表示“点数小于5”;表示“小于5的偶数点”,求。解:,,
例2 一名射手连续向某个目标射击三次,事件表示该射手第次射击中目标。试用文字叙述下列事件:(1);(2);(3);(4);(5);(6);(7);(8);(9);(10);(11)。
解:(1)前两次至少有一次击中目标。
2)第二次没有击中目标。
3)三次中至少有一次击中目标。
4)三次均击中目标。
5)第三次击中目标,而第二次没有击中。
6)第三次击中目标,而第二次没有击中。
7)前两次均未击中目标。
8)前两次均未击中目标。
9)后两次至少有一次未击中目标。
10)后两次至少有一次未击中目标。
11)三次中至少有两次击中目标。
例3 如果x表示一个沿数轴做随机运动的质点的位置,试说明下列各事件的关系。,
解各事件的图示如下:
从图示知:,与是对立事件;
与,与不相容;
与,与,与,与,与,与,与相容。
1.2概率。
一。 概率的统计定义。
1. 事件发生的频率。
在次实验中,事件发生了次,则称为事件发生的频率。
若是必然事件,则,的频率是1,不可能事件的频率是0,故事件发生的频率介于0与1之间。
若与互不相容,的频率是,的频率为,则的频率为。
2. 概率的统计定义。
在相同的条件下,重复进行n次试验,事件a发生的频率稳定地在某一常数p附近摆动,且一般说来,n越大,摆动幅度越小,则称常数p为事件a的概率,记为p(a)。
注意:这里,是通过大量试验来确定事件a发生的概率,但实质上,一个事件的发生的概率是由本身的结构决定的,是先于试验而客观存在。
二概率的古典定义。
概率的古典定义:若试验结果一共由n个基本事件组成,并且这些事件的出现有相同的可能性,而事件a由其中某m个基本事件组成,则事件a的概率可以用下式计算:
这里构成一个等概率完备事件组。
三.计算概率的例题。
例1 袋内有5个白球与3个黑球。从中任取两个球,计算取出的两个球都是白球的概率。
解 例2 一批产品共200个,有6个废品,求(1)这批产品的废品率;(2)任取3个恰有1个是废品的概率;(3)任取3个全非废品的概率;解 (1)
例3 两封信随机地向标号为ⅰ、ⅱ的4个邮筒投寄,求第二个邮筒恰好被投入1封信的概率及第两个邮筒各有一封信的概率。
解 1.3概率的加法法则。
例1 100个产品中有60个一等品,30个二等品,10个废品。规定一,二等品都为合格品,考虑这批产品的合格率与一,二等品率之间的关系。
设事件a,b分别表示产品为一,二等品。显然a与b互不相容,且a+b表示产品为合格品,则。
例2 一批产品共200个,有6个废品产品,任取3个产品最多只有1个废品的概率p(b)。
设表示任取3个产品中只有0个废品,表示任取3个产品中只有1个废品,则与互不相容。
加法法则:两个互不相容(或者互斥)事件之和的概率等于它们的概率之和。即。
推论:1)若n个事件两两互不相容,则。
(概率的有限可加性)
若可列个事件两两互不相容,则。
概率的可列或者完全可加性)
2)若n个事件构成一个完备事件组,则他们的概率和为1。
即。事实上,
特别地,取n=2,则是一个完备事件组,则,有。
或者。或写为。
事实上,由及互不相容有。
从而。4)对任意两个事件a,b有 (广义加法公式)
若。例3 产品有一,二等品及废品3种,若一,二等品率分别为0.63及0.35,求产品的合格率与废品率。
解令a表示合格产品,表示一,二等品,则且互不相容,则
例4 一个袋内装有大小相同的7个球,4个是白球,3个为黑球。从中一次抽取3个,计算至少有两个是白球的概率。
解设a2表示有两个球是白球,a3表示有三个球是白球,设a表示至少有两个是白球,于是a=a2+a3,且a2与a3互不相容,从而。
故至少有两个是白球的概率为22/35
例5 50个产品中有46个合格品与4个废品,从中一次抽取3个,求其中有废品的概率。
解设a表示3个中有废品,则表示3个无废品,于是。
注由上面的讨论知,概率应具备三个基本属性:
1)对任何随机事件a,
3)若可列个事件两两互不相容,则。
我们规定这三条为公理,它是建立概率论的出发点。
1.4 条件概率与乘法法则。
一.条件概率。
定义:在事件b已经发生的条件下,事件a发生的概率称为a在给定b下的条件概率。简称为a对b的条件概率,记为p(a|b),把p(a)称为无条件概率。(这里p(b)>0).
例1 市场上**的灯泡中,甲厂产品占70%,乙厂占30%,甲厂产品的合格率是95%,乙厂的合格率是80%。若用分别表示甲、乙两厂的产品,b表示产品的合格品,求。
解 , 对于一般情况下任意两个事件,只要有关的条件概率有意义,事件b对a(p(a)>0)的条件概率p(b|a)可定义为:
二.乘法法则。
1 由条件概率的公式可知:
从而, 2 乘法法则:两个条件之交的概率等于其中任何一个(其概率不为0)的概率乘以另一个事件在前一个事件发生下的条件概率。即。
关于n个事件的乘法公式为:
用归纳法可证:)
例2 市场上**的灯泡中,甲厂产品占70%,乙厂占30%,甲厂产品的合格率是95%,乙厂的合格率是80%,表示甲厂的产品,表示乙厂的产品,b表示产品的合格品,求从市场上买到一个灯泡是甲厂生产的合格灯泡的概率。
解从市场上买到的这个灯泡即是甲厂生产的,又是合格品,也就是求a,b同时发生的概。
率,于是。同理,从市场上买到一个乙厂合格灯泡的概率是:
不能用1-p(ab) 表示,因虽然与ab互不相容,但不是ab的对立事件。
同理,买到一个灯泡是乙厂生产的废品的概率为:
是甲厂生产的废品的概率为:
例3 10个考签中有4个难签,3人参加抽签(不放回),甲先,乙次,丙最后。求甲抽到难签,甲乙都抽到难签,甲没抽到难签而乙抽到难签,以及甲、乙、丙都抽到难签的概率。
解设a,b,c分别表示甲、乙、丙各抽到难签,于是。
三.全概率定理与贝叶斯定理。
定理1.1(全概率定理)如果事件构成一个完备事件组,且都具有正概率,则对任何事件b,有。
事实上,由于两两互不相容,故aib (i=1,2,…)也两两互不相容。而。
由加法法则有。
定理1.2若构成一个完备事件组,且它们都具有正概率,则对任何一个概率不为0的事件b,有。
(m=1,2,…)贝叶斯公式。
事实上, 例7 假定某工厂甲、乙、丙3个车间生产同一种螺钉,产品依次占全厂的%。如果各车间的次品率依次为%。现从待出厂产品中检查出1个次品,试判断它是有甲车间生产的概率。
解设事件b表示“产品为次品”,a1、a2、a3分别表示产品有甲、乙、丙车间生产的。显然。
a1、a2、a3构成一个完备事件组。,
则由贝叶斯公式:
求任取一个该厂生产的合格品,恰好是甲厂生产的概率:
注意:使用全概率公式与贝叶斯公式时应注意的事项:
1)全概率公式是把复杂的事件概率分解为较简单的事件的概率计算。
2)而贝叶斯公式往往用于从结果分析原因时的概率计算,帮助我们追查事件的起因。
3)使用两个公式时,对样本空间进行划分,划分后的事件组必须是完备事件组。
1.5 独立试验概型。
一事件的独立性。
1.两个事件相互独立。
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