《概率论基本概念》PPT课件.ppt
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1、随机事件及其运算随机事件及其运算第一节第一节 n随机事件随机事件n随机事件的概率随机事件的概率n随机事件的公理化定义及其性质随机事件的公理化定义及其性质n条件概率和乘法公式条件概率和乘法公式n全概率公式与全概率公式与BayesBayes公式公式n试验的独立性与独立试验概型试验的独立性与独立试验概型u确定性现象确定性现象 Certainty phenomenan 在在101325a的大气压下,将纯净水加热到的大气压下,将纯净水加热到 100时必然沸腾时必然沸腾n 垂直上抛一重物,该重物会垂直下落垂直上抛一重物,该重物会垂直下落 u随机现象随机现象 Random phenomenan掷一颗骰子,可
2、能出现掷一颗骰子,可能出现1,2,3,4,5,6点点n抛掷一枚均匀的硬币,会出现正面向上、反面向上抛掷一枚均匀的硬币,会出现正面向上、反面向上 两种不同的结果两种不同的结果什么是概率论什么是概率论概率论就是研究概率论就是研究随机随机现象的统计规律性的数学学科现象的统计规律性的数学学科随机试验随机试验 Random Experimentsu 试验在相同的条件下可重复进行试验在相同的条件下可重复进行u 每次试验的结果具有多种可能性,而且在试验之前可每次试验的结果具有多种可能性,而且在试验之前可 以确定试验的所有可能结果以确定试验的所有可能结果u 每次试验前不能准确预言试验后会出现哪一种结果每次试验
3、前不能准确预言试验后会出现哪一种结果 上抛一枚硬币上抛一枚硬币在一条生产线上,检测产品的等级情况在一条生产线上,检测产品的等级情况 向一目标射击向一目标射击实例n 在随机试验中,可能出现也可能不出现,而在大量在随机试验中,可能出现也可能不出现,而在大量重复试验中具有某种规律性的事件叫做重复试验中具有某种规律性的事件叫做随机事件随机事件(random Events),简称,简称事件事件(Events)n 随机事件通常用大写英文字母、等表示随机事件通常用大写英文字母、等表示例如:在抛掷一枚均匀硬币的试验中,在抛掷一枚均匀硬币的试验中,“正面向上正面向上”是是一一 个随机事件,可用个随机事件,可用正
4、面向上正面向上表示表示 掷骰子,掷骰子,“出现偶数点出现偶数点”是一个随机事件,试验是一个随机事件,试验结果为结果为2,4或或6点,都导致点,都导致“出现偶数点出现偶数点”发生。发生。随机事件随机事件 random EventsnA=硬币正面向上硬币正面向上,B=硬币反面向上硬币反面向上,nC=骰子出现偶点数骰子出现偶点数n 必然事件,用必然事件,用 U 表示;表示;n不可能事件,用不可能事件,用 表示。表示。n基本事件,必然出现而且只可能出现一个结果的事基本事件,必然出现而且只可能出现一个结果的事件,例如件,例如A、BnC:复合事件。:复合事件。随机事件随机事件 random Events
5、基本事件与样本空间基本事件与样本空间n样本点样本点 Sample Pointn 样本空间样本空间 Sample Spacen 例:例:随机试验中的每一个可能出现的试验结果称为这随机试验中的每一个可能出现的试验结果称为这个试验的一个个试验的一个 样本点样本点 ,记作,记作 全体样本点组成的集合称为这个试验的全体样本点组成的集合称为这个试验的样本空间样本空间,记作记作 S 即即S=|0 T E4:在一批灯泡中任意抽取一只,测试它的寿命在一批灯泡中任意抽取一只,测试它的寿命E2:射手向一目标射击,直到击中目标为止射手向一目标射击,直到击中目标为止E3:从四张扑克牌从四张扑克牌J,Q,K,A任意抽取两
6、张任意抽取两张。E1:掷一颗匀质骰子,观察骰子出现的点数掷一颗匀质骰子,观察骰子出现的点数S=1,2,S=(J,Q),(Q,A)S=1,2,3,4,5,6n写出下列试验的样本空间写出下列试验的样本空间点数:一维离散型随机变量点数:一维离散型随机变量射击次数:一维离散型随机变量射击次数:一维离散型随机变量寿命:一维连续型随机变量寿命:一维连续型随机变量二维离散型随机变量二维离散型随机变量事件的关系与运算事件的关系与运算 给定一个随机试验,设给定一个随机试验,设 S S 为其样本空间,事件为其样本空间,事件,A Ak k (k=1,2,3,.)(k=1,2,3,.)都是都是 S S 的的子集子集事
7、件事件事件之间的关系与事件的运算事件之间的关系与事件的运算集合集合集合之间的关系与集合的运算集合之间的关系与集合的运算u 事件发生必然导致事件发生事件发生必然导致事件发生 子事件子事件(事件的包含事件的包含Contain)BAu 事件的样本点都是事件的样本点事件的样本点都是事件的样本点例如例如抛掷两颗骰子,观察出现的点数抛掷两颗骰子,观察出现的点数A=A=出现出现1 1点点 B=B=出现奇数点出现奇数点 事件是事件的事件是事件的子事件子事件 记作记作S相等事件(相等事件(Equal)A=BBA事件事件A与事件与事件B含有相同的样本点含有相同的样本点 例如:在投掷一颗骰子的试验中,事件例如:在投
8、掷一颗骰子的试验中,事件“出现偶数点出现偶数点”与事件与事件“出现出现2,4或或6点点”是相等事件。是相等事件。Su 事件事件A A与事件与事件B B至少有一个发生至少有一个发生和事件和事件 Unionu 由事件由事件A A与事件与事件B B所有样本点组成所有样本点组成u 多个事件的和多个事件的和和事件和事件ABAB发生发生A发生或发生或B发生发生 S积事件积事件Intersectionu 多个事件的积多个事件的积u 由事件和事件的公共样本点组成由事件和事件的公共样本点组成 积事件积事件ABAB发生发生 事件和事件同时发生事件和事件同时发生S互斥事件互斥事件(互不相容事件互不相容事件)Excl
9、usiveu 事件事件A A与事件与事件B B不能同时发生不能同时发生u 事件事件A A与事件与事件B B没有公共的样本没有公共的样本点点事件事件A与事件与事件B互斥互斥 AB=S对立事件对立事件 Contraryu 事件事件A A不发生不发生u 是由所有不属于是由所有不属于A的样本点组成的样本点组成u 性质性质记作记作 S 差事件差事件 Differenceu 由属于事件由属于事件A A但不属于事件但不属于事件B B的样本点组成的样本点组成差事件差事件A-BA-B发生发生 事件事件A A发生且事件发生且事件B B不发生不发生性质性质 SVenn图演示集合的关系与运算事件之间的运算律事件之间的
10、运算律u 交换律交换律 u 结合律结合律 u 分配律分配律 u 摩根律摩根律 完备事件组完备事件组完备事件组完备事件组 S概率论概率论 集合论集合论样本空间(必然事件)样本空间(必然事件)S S 全集全集不可能事件不可能事件 空集空集子事件子事件 ABB 子集子集ABB和事件和事件 ABB 并集并集ABB积事件积事件 ABB 交集交集ABB 差事件差事件 A-B-B 差集差集A-B-B 对立事件对立事件 补集补集 某射手向目标射击三次,用某射手向目标射击三次,用 表示第表示第 次次击中目标击中目标试用试用 及其运算符表示下列事件及其运算符表示下列事件:(1 1)三次都击中目标:三次都击中目标:
11、(2 2)至少有一次击中目标至少有一次击中目标:(3 3)恰好有两次击中目标:恰好有两次击中目标:(4 4)最多击中一次:最多击中一次:(5 5)至少有一次没有击中目标:至少有一次没有击中目标:(6 6)三次都没有击中目标:三次都没有击中目标:例:复合事件的表示例:复合事件的表示A,B,CA,B,C为同一样本空间的随机事件,为同一样本空间的随机事件,试用试用A A,B B,C C的运算表示下列事件的运算表示下列事件1 1)A A,B B,C C 都不发生都不发生2 2)A A与与B B发生,发生,C C不发生不发生3 3)A A,B B,C C 至少有一个发生至少有一个发生4 4)A A,B
12、B,C C 中恰有二个发生中恰有二个发生5 5)A A,B B,C C 中至少有二个发生中至少有二个发生6 6)事件事件3 3)的对立事件)的对立事件随机事件的频率随机事件的频率FrequencyA=“出现正面出现正面”u随机试验随机试验抛掷一枚均匀的硬币抛掷一枚均匀的硬币u试验总次数试验总次数n 将硬币抛掷将硬币抛掷n次次u随机事件随机事件u事件事件A出现次数出现次数m出现正面出现正面m次次u随机事件的频率随机事件的频率德德.摩摩 根根 试试 验验 者者 抛抛 掷掷 次次 数数n 出现正面的次数出现正面的次数m 出现正面的频率出现正面的频率m/n 2048 1061 0.518 蒲蒲 丰丰
13、4040 2048 0.5069 皮尔逊皮尔逊 12000 6019 0.5016 皮尔逊皮尔逊 24000 12012 0.5005 维维 尼尼 0.4998 14994 30000 抛掷硬币的试验抛掷硬币的试验Experiment of tossing coinu历史纪录历史纪录u程序模拟程序模拟抛掷硬币模拟试验抛掷硬币模拟试验 随机事件随机事件A在相同条件下重复多次时,事件在相同条件下重复多次时,事件A 发发生的频率在一个固定的数值生的频率在一个固定的数值p附近摆动,随试验次数的附近摆动,随试验次数的增加更加明显增加更加明显频率和概率频率和概率u 频率的稳定性频率的稳定性u 事件的概率事
14、件的概率 事件事件A的频率稳定在数值的频率稳定在数值p,说明了数值,说明了数值p可以用可以用来刻划事件发生可能性大小,可以规定为事件来刻划事件发生可能性大小,可以规定为事件A的的概率概率 对任意事件,在相同的条件下重复进行对任意事件,在相同的条件下重复进行n次次试验,事件发试验,事件发 生的频率生的频率 m/n,随着试验次数,随着试验次数n的的增大而稳定地在某个常数增大而稳定地在某个常数 附近摆动那么称附近摆动那么称p为事件为事件的概率的概率 概率的统计定义概率的统计定义 当试验次数足够大时,可以用事件当试验次数足够大时,可以用事件A发生的频发生的频率近似的代替事件率近似的代替事件A的概率的概
15、率 再分析一个例子,为检查某种小麦的发芽情况,再分析一个例子,为检查某种小麦的发芽情况,从一大批种子中抽取从一大批种子中抽取10批种子做发芽试验,其结果如批种子做发芽试验,其结果如表表1-2:发芽率发芽率 发芽粒数发芽粒数 种子粒数种子粒数 2 5 10 70 130 310 700 1500 2000 3000 2 4 9 60 116 282 639 1339 1806 2715 1 0.8 0.9 0.857 0.892 0.910 0.913 0.893 0.903 0.905 从表从表1-2可看出,发芽率在附近摆动,随着可看出,发芽率在附近摆动,随着n的增大,的增大,将逐渐稳定在这个
16、数值上将逐渐稳定在这个数值上.概率的统计定义概率的统计定义频率频率 稳定于概率稳定于概率 性质性质 (1)(2)(3)若若A,B互斥,则互斥,则 (4)对任何事件)对任何事件A,B (5)若事件)若事件 (6)若事件)若事件 给定一个随机试验,给定一个随机试验,是它的样本空间,对于是它的样本空间,对于任意一个事件,赋予一个实数任意一个事件,赋予一个实数,如果如果满满足下列三条公理足下列三条公理,u非负性非负性:u 规范性规范性:(S)=1 u 可列可加性可列可加性:那么,称 为事件的概率概率的公理概率的公理 化定义化定义()0 两两互不相容时(1 2)=(1)+(2)+证明证明 由公理 3 知
17、 所以 概率的性质概率的性质 不可能事件的概率为零不可能事件的概率为零注意事项注意事项 但反过来,如果但反过来,如果P(A)=0,未必有,未必有A=例如:例如:一个质地均匀的陀螺的圆周上均匀地刻有一个质地均匀的陀螺的圆周上均匀地刻有0,5)上诸数字,在桌面上旋转它,求当它停下来时,圆周上诸数字,在桌面上旋转它,求当它停下来时,圆周与桌面接触处的刻度为与桌面接触处的刻度为2的概率等于的概率等于0,但该事件有可,但该事件有可能发生。能发生。设设A1,A2,,An两两两两互不相容互不相容,则,则证明证明 在公理3中,取i=(i=n+1,n+2,).n 有限可加性有限可加性若 A B,则 P(B A)
18、=P(B)P(A)()()()()()()n 差事件的概率差事件的概率对任意两个随机事件、对任意两个随机事件、,有,有 n 加法定理加法定理BCAn 加法定理加法定理 证明证明 由于与其对立事件互不相容,由性质2有 而 所以 逆事件的概率逆事件的概率u 有限性有限性 每次试验中,每一种可能结果的发生的可能性相每次试验中,每一种可能结果的发生的可能性相同,即同,即古典概型的定义古典概型的定义 每次试验中,所有可能发生的结果只有有限个,每次试验中,所有可能发生的结果只有有限个,即样本空间即样本空间是个有限集是个有限集u 等可能性等可能性 设试验结果共有设试验结果共有n个基本事件个基本事件 ,而且这
19、些事件的发生而且这些事件的发生具有相同的可能性具有相同的可能性古典概型的概率计算古典概型的概率计算u 确定试验的基本事件总数确定试验的基本事件总数事件由其中的事件由其中的m个基本事件组成个基本事件组成u 确定事件确定事件A包含的基本事件数包含的基本事件数 抛掷一颗匀质骰子抛掷一颗匀质骰子,观察出现的点数观察出现的点数,求求“出现的出现的点数是不小于点数是不小于3的偶数的偶数”的概率的概率=“出现的点数是不小于出现的点数是不小于3的偶数的偶数”古典概率的计算:抛掷骰子古典概率的计算:抛掷骰子n事件事件An试验试验抛掷一颗匀质骰子抛掷一颗匀质骰子,观察出现的点数观察出现的点数n样本空间样本空间=4
20、,6S=1,2,3,4,5,6n=6m=2n事件事件A的概率的概率 设在设在100 件产品中,有件产品中,有 4 件次品,其余均为正件次品,其余均为正品品古典概率的计算:正品率和次品率古典概率的计算:正品率和次品率n 100u这批产品的次品率这批产品的次品率u任取任取3件,全是正品的概率件,全是正品的概率u任取任取3件,刚好两件正品的概率件,刚好两件正品的概率mA 4 古典概率的计算:古典概率的计算:有放回抽样和无放回抽样有放回抽样和无放回抽样 设在设在10 件产品中,有件产品中,有2件次品,件次品,8件正品件正品A=“第一次抽取第一次抽取正品,第二次抽取次品正品,第二次抽取次品”n 第一次抽
21、取后,产品放回去第一次抽取后,产品放回去n 第一次抽取后,产品不放回去第一次抽取后,产品不放回去古典概率的计算:投球入盒古典概率的计算:投球入盒 把把3个小球随机地投入个小球随机地投入5个盒内。设球与盒个盒内。设球与盒都是可识别的。都是可识别的。n A=“指定的三个盒内各有一球指定的三个盒内各有一球n B=“存在三个盒,其中各有一球存在三个盒,其中各有一球abcde 古典概率的计算:生日问题古典概率的计算:生日问题某班有某班有50个学生,求他们的生日各不相同的概率个学生,求他们的生日各不相同的概率(设一年(设一年365天)天)u分析分析此问题可以用投球入盒模型来模拟此问题可以用投球入盒模型来模
22、拟50个学生个学生365天天50个小球个小球365个盒子个盒子相似地有分房问题相似地有分房问题 房子房子 盒子盒子人人 小球小球生日问题模型生日问题模型某班有某班有n个学生,个学生,设一年设一年N天天,则则他们的生日各不他们的生日各不相同的概率为相同的概率为至少有两人生日相同的概率为至少有两人生日相同的概率为 N1020233040500.120.410.51 0.71 0.89 0.97 可能吗?可能吗?没问题!没问题!古典概率的计算:抽签古典概率的计算:抽签 10 10个学生,以抽签的方式分配个学生,以抽签的方式分配3 3张音乐会入场券,张音乐会入场券,抽取抽取1010张外观相同的纸签,其
23、中张外观相同的纸签,其中3 3张代表入场券张代表入场券.求求 A=A=第五个抽签的学生抽到入场券第五个抽签的学生抽到入场券 的概率。的概率。u基本事件总数基本事件总数u基本事件总数基本事件总数第五个学生抽第五个学生抽到入场券到入场券另外另外9个学生抽个学生抽取剩下取剩下9张张所以抽签后千万别和别人说结果!所以抽签后千万别和别人说结果!0.192 古典概率的计算:数字排列古典概率的计算:数字排列用用1 1,2 2,3 3,4 4,5 5这五个数字构成三位数这五个数字构成三位数n 没有相同数字的三位数的概率没有相同数字的三位数的概率 n 没有相同数字的三位偶数的概率没有相同数字的三位偶数的概率 个
24、位个位百位十位百位十位生活中的数字排列o彩票 买一注7位数中彩票的概率是?o小概率事件的存在o小概率事件的意义:飞机、火车、汽车的故障率都是小概率事件,小概率事件在一次试验中一般认为不会发生,但是试验次数多就会必然发生。匹匹 配配 问问 题题 某人写了某人写了4封信和封信和4个信封,现随机地将信装入信封中,个信封,现随机地将信装入信封中,求全部装对的概率。求全部装对的概率。解解 设设“全部装对全部装对”为事件为事件A 总的基本事件数为总的基本事件数为 4!A所包含的基本事件数为所包含的基本事件数为 1 所以所以 概率的古典定义概率的古典定义性质性质 (1)(2)(3)若若A,B互斥,则互斥,则
25、 1 1、从五双大小型号不同的鞋子中任意抽取四从五双大小型号不同的鞋子中任意抽取四只,问能凑成两双的概率是多少?只,问能凑成两双的概率是多少?总的基本事件数:总的基本事件数:有利事件数:有利事件数:解解 设设“能凑成两双鞋能凑成两双鞋”为事件为事件A 所以,所求概率为所以,所求概率为 2 2,掷两颗骰子,求事件,掷两颗骰子,求事件“至少有一颗出现至少有一颗出现6 6点点”,“点数之和为点数之和为8”8”的概率。的概率。解解 总的基本事件数为总的基本事件数为 事件事件A“至少出现一个至少出现一个6点点”所包含的基本事件数为所包含的基本事件数为 事件事件B“点数之和为点数之和为8”所包含的样本点为
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