中国矿业大学 概率论与数理统计课件.ppt
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1、概率论与数理统计任课教师任课教师:付乳燕付乳燕 1内容与学时内容与学时第一章第一章 随机事件及其概率随机事件及其概率第二章第二章 随机变量及其分布随机变量及其分布第三章第三章 多维随机变量及其分布多维随机变量及其分布第四章第四章 随机变量的数字特征随机变量的数字特征第五章第五章 大数定律与中心极限定理大数定律与中心极限定理第六章第六章 样本及抽样分布样本及抽样分布第七章第七章 参数估计参数估计第八章第八章 假设检验假设检验(18学学时时)数数理理统统计计(30学学时时)概概 率率 论论2参考学习书目:参考学习书目:概率论与数理统计概率论与数理统计概率论与数理统计学习辅导与习题解答概率论与数理统
2、计学习辅导与习题解答浙江大学二、三版浙江大学二、三版 高教出版社出版高教出版社出版答疑地点:教一楼答疑地点:教一楼C300C300答疑室答疑室答疑时间:周二下午答疑时间:周二下午7-87-8节节答疑:答疑:3自然界和社会中有两类现象:自然界和社会中有两类现象:确定性现象确定性现象:在一定条件下必然发生的现象:在一定条件下必然发生的现象例例 抛一石子必然落下;抛一石子必然落下;(结果可以事先预言的)(结果可以事先预言的)随机现象:随机现象:在一定条件下,可能出现这样的结果在一定条件下,可能出现这样的结果也也可能出现那样的结果;可能出现那样的结果;(结果不可事先预言)(结果不可事先预言)例例 抛一
3、枚硬币,落下时正面朝上或反面朝上;抛一枚硬币,落下时正面朝上或反面朝上;绪绪 言言 同性电荷互斥同性电荷互斥4 试验中其结果又具有某种统计规律性的现象。试验中其结果又具有某种统计规律性的现象。研究对象研究对象:概率统计是研究随机现象统计规律性的 一门数学分支。在每次试验中结果具有不确定性,而在大量的重复在每次试验中结果具有不确定性,而在大量的重复随机现象:随机现象:5第一章 随机事件及其概率 一、随机事件及其运算一、随机事件及其运算 二、频率与概率二、频率与概率 三、等可能概型三、等可能概型 四、条件概率四、条件概率 五、事件的相互独立性五、事件的相互独立性6 第一章 第一节 随机事件及其运算
4、一、随机试验一、随机试验二、随机事件与样本空间二、随机事件与样本空间三、事件间的关系及其运算三、事件间的关系及其运算(重点)(重点)7一、随机试验一、随机试验抛一枚硬币,观察出现正反面情况。抛一枚硬币,观察出现正反面情况。例:例:将一枚硬币连抛三次,观察出现正反面的情况。将一枚硬币连抛三次,观察出现正反面的情况。在一批灯泡中任取一只在一批灯泡中任取一只,测试它的寿命测试它的寿命。E(experimentation)E1:E2:E3:对上面的随机现象进行观察对上面的随机现象进行观察1、可以在相同的条件下重复进行;、可以在相同的条件下重复进行;2、试验的可能结果不止一个,并且在试验前能、试验的可能
5、结果不止一个,并且在试验前能 预先知道全部可能结果;预先知道全部可能结果;3、在每次试验前不能预先知道哪个结果会出现。、在每次试验前不能预先知道哪个结果会出现。,具有以下特点:,具有以下特点:8二、随机事件与样本空间二、随机事件与样本空间定义定义1 随机试验E的所有可能结果组成的集合称为E的样本空间样本空间,记为记为S,样本空间的元素,即E的每个结果,称为样本点样本点,记为记为e。例如上页引例中:=H,T=HHT,HHH,HTH,HTT,THH,THT,TTH,TTT有限个样本点=t|t0连续、不可列.样本空间样本空间S1 1 S2 2 S3 3 9例:例:将一枚硬币连抛三次1)观察正反面出现
6、的情况,2)观察正面出现的次数,.随机事件随机事件定义定义2 样本空间的子集称为随机事件随机事件,简称事件事件,一般记为 A,B,C等。A 点数之和为7,例:例:抛两个骰子,骰子可分辨,观察其出现的点数,注意:注意:样本空间的元素是由 试验目的试验目的所决定的。=HHH,HHTS1=0,1,2,3S2 2 S=11,12,13,61,66 A=16,25,34,43,52,6110特殊随机事件:特殊随机事件:3.基本事件:基本事件:一个样本点组成的单点集一个样本点组成的单点集(试验试验E的每个的每个可能结果)。可能结果)。例:例:有两个基本事件有两个基本事件 H 和和 T 1.必然事件:必然事
7、件:每次试验中必然发生的事件每次试验中必然发生的事件,记为记为S;2.不可能事件:不可能事件:每次试验一定不发生的事件每次试验一定不发生的事件,记记;事件事件A发生发生A中的某一个样本点在试验中出现中的某一个样本点在试验中出现11 包含、相等关系包含、相等关系A发生必然导致B发生1.1.事件的关系事件的关系三、事件间的关系及其运算三、事件间的关系及其运算事件B包含事件AA与B相等,记为 A=B。(重点)(重点)12事件的和称为A和B的和事件表示A与B中至少有一个发生,即:A与B中至少有一个发生时,发生。13事件的积表示事件A和B同时发生,即:且A与B的积事件当且仅当A与B同时发生时,通常简记为
8、AB。发生。14事件的差A-B 表示事件A发生但事件B不发生但互斥事件(互不相容),则称A,B为互不相容事件即:A、B不能同时发生。对立事件(逆事件)基本事件都互不相容。A与B的差事件且,则称事件A与B互为逆事件或互为对立事件。A的对立事件记为,=S-A。152.事件的运算法则事件的运算法则交换律交换律;结合律结合律分配律分配律德德摩根律:摩根律:;推广:推广:;16,则,设注:事件的一些关系式注:事件的一些关系式 17例例1.设A,B,C 表示三个事件,试表示下列事件(1)A 发生,B 与C 不发生(2)A 与B 发生,C 不发生(3)A,B 与C 都发生(4)A,B 与C 至少有一个发生(
9、5)A,B 与C 全不发生(7)A,B 与C 至少有两个发生(6)A,B 与C不全发生18例例2 以A表示“甲种产品畅销,乙种产品滞销”,则 为(A)甲滞销,乙畅销 (B)甲乙两种产品均畅销(C)甲种产品畅销 (D)甲滞销或乙畅销 解解 设B=“甲产品畅销”,C=“乙产品畅销”则,故选(D)例例3 关系()成立,则事件A与B为对立事件。(A)(B)(C)(D)与为对立事件解释解释(D):C,D19例例4.在掷骰子的试验中,样本空间事件A 出现偶数点,事件B 出现奇数点 事件C 出现点数大于4,事件D 点数大于5 求:解解:A与B为对立事件 A=2,4,6 ,B=1,3,5 ,C=5,6,D=6
10、20 概率的统计定义概率的统计定义 一一、频率、频率 第二节第二节 频率与概频率与概 率率二、概率的公理化定义二、概率的公理化定义 重点掌握利用关系式计算概率重点掌握利用关系式计算概率 第一章 21一个事件在某次试验中的出现具有偶然性,但在大量重复试验中随机事件的出现呈现一定的数量规律,频率这一概念近似反映了这个数量规律。1.定义定义1 设 E,S,A为E中某一事件,在相同条件进行n次独立重复试验,事件A发生的次数记为称为A的频率频率。(frequency)2.性质:性质:01一、频率一、频率则比值22若两两互不相容结论:结论:当n较小时,频率呈偶然性,波动性很大;随着n的增加,波动幅度减小,
11、最后集中在某一个数附近。历史上著名的统计学家蒲丰和皮尔逊曾进行过大量掷硬币的试验,所得结果如下:试验者蒲丰皮尔逊皮尔逊次数正面的次数正面的频率404020480.50691200060190.501624000120120.500523这种称为这种称为频率稳定性频率稳定性,也就是通常所说的统计规律性,也就是通常所说的统计规律性,频率稳定值频率稳定值注:注:试验次数越多,并不说明越精确,只能说明波动试验次数越多,并不说明越精确,只能说明波动 范围越小。范围越小。即即概率的统计定义概率的统计定义。二、概率(概率的公理化定义)二、概率(概率的公理化定义)1.定义定义 设设 E,S,对于对于E的每一事
12、件的每一事件A,赋予一个实数,赋予一个实数,记为记为P(A),如果如果P()满足以下三个公理:满足以下三个公理:非负性非负性:规范性规范性:可列可加性可列可加性:称称P(A)为事件为事件A的的概率概率。242.性质:性质:故由可列可加性又因为0,有限可加性其中两两互不相容。,则证明证明 取所以25如果则证明证明 且 A 和 BA互不相容得式成立;26,01证明证明(加法公式)BA27推广:推广:提示:可用归纳法证明28例例1.已知证明:例例2、解:29例例3 某人外出旅游两天,据天气预报知:第一天下雨的概率为0.6,第二天下雨的概率为0.3,两天都下雨的概率为0.1,试求下列事件的概率:(2)
13、第一天不下雨,第二天下雨(4)两天都不下雨(1)第一天下雨,第二天不下雨(3)至少有一天下雨解:解:设A第一天下雨,B第二天下雨则(5)至少有一天不下雨30(1)(2)(3)(4)(5)31例例4 (订报问题)在某城市中,共发行三种报纸A,B,C,订购A,B,C的用户占用分别为45%,35%,30%,同时订购A,B的占10%,同时订购A,C的占8%,同时订购B,C的占5%,同时订购A,B,C的占3%,试求下列事件的概率:(1)只订购A的(2)只订购A,B的(3)只订购一种报纸的(4)只订购两种报纸的(5)至少订购一种报纸的(6)不订购任何报纸的设A,B,C分别表示“用户订购A,B,C 报纸”3
14、2解:由题意可知解:由题意可知(1)(2)(3)两两互不相容的33(4)两两互不相容(5)(6)34例例5 已知求 A,B,C 至少有一个发生解解的概率。35例例6 证明证证例例7,求解解36 第一章 第三节等可能概型一、等可能概型的定义一、等可能概型的定义二、计算公式二、计算公式三、计算方法三、计算方法371.定义定义:具备以下两个条件的随机试验称为等可能概型,有限性 试验的样本空间中的元素只有有限个;等可能性 每个基本事件发生的可能性相同。例例:E1抛均匀硬币,观察哪面朝上等可能概型也称为古典概型。E2投一均匀骰子,观察点数=H,T S1 1=1,2,3,4,5,6S2 2 38 若事件A
15、包含k个基本事件,即其中(表示中的k个不同的数)则有2.计算公式:计算公式:393.方法:方法:构造A和S的样本点(当样本空间S的元素较少时,先一一列出S和A中的元素,直接利用求解)用排列组合方法求A和S的样本点个数预备知识预备知识.加法原理:加法原理:完成一项工作m类方法,第i类方法有种,(i=1,2,m),则完成这项工作共有:种方法。.乘法原理:乘法原理:完成一项工作有m个步骤,第i步有,则完成该项工作一共有:种方法。种方法(i=1,2,m)40.排列:排列:从n个元素中取出r个元素,按一定顺序排成一列,称为从n个元素里取出r个元素的排列。(n,r均为整数)进行排列,共有(无放回选取)从n
16、个不同元素中无放回的取出m个(mn)种方法。(有放回选取)从n个不同元素中有放回地抽取r个,依次排成一列,称为可重复排列,一共有41.组合组合从n个元素中无放回取出r个元素,不考虑其顺序,组合数为或,例:例:袋中有三个球,标号1,2,3,任取两次 无放回,考虑顺序12,13,21,23,31,32 无放回,不考虑顺序 12,13,23 有放回,考虑顺序11,12,13,21,22,23,31,32,3342例例1 投两枚骰子,事件A“点数之和为3”,求解解法一:出现点数之和的可能数值11 12 21 不是等可能的法二:36个 要注意对于用的时候要两个条件都满足。43例例2 投两枚骰子,点数之和
17、为奇数的概率。解解 令A点数之和为奇数法一,36个18个法二,所有可能结果(奇,奇),(奇,偶),(偶,奇),(偶,偶)A=(奇,偶),(偶,奇)说明样本空间的选取可以不同,但必须保证等可能。说明样本空间的选取可以不同,但必须保证等可能。44例例3 6只不同球(4白2红),从袋中依次取两球,观察其颜色。分别做 a.有放回抽样 b.不放回抽样,(1)“取到的两只球都是白球”(2)“取到的两只球颜色相同”(3)“取到的两只球中至少有一个是白球”解解 a.(1)(2)(乘法原理)S:66=36求下列事件的概率:45(3)表示“两只都是红球”若直接考虑:(1)(2)(3)b.无放回(考虑先后顺序)(乘
18、法原理)S:65=30注:在使用排列组合时,分子分母要保持一致。注:在使用排列组合时,分子分母要保持一致。46例4.某教研室共有11 名教师,其中男教师7 人,现在要选 3 名优秀教师,问其中至少有一女教师概率解解(方法一)设 A=“3 名优秀教师中至少有一名女教师”=“3 名优秀教师中恰有 名女教师”则47方法二 设 A=“3 名优秀教师全是男教师”48例例6(分房问题)将r个球随机地放入n(nr)个盒子中,设各个球放入每个盒子是等可能的,解解求:每个盒子至多有一个球的概率。将r个球放入n个盒子,每一种方法是一个基本事件例例5 袋中有a只黑球和b只白球,k个人把球随机的一只只摸出来,求第i个
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