Общая постановка задачи: известны вероятности некоторых событий, а вычислить нужно вероятности других событий, которые связаны с данными событиями. В этих задачах возникает необходимость в таких действиях над вероятностями, как сложение и умножение вероятностей.
Например, на охоте проиведены два выстрела. Событие A - попадание в утку с первого выстрела, событие B - попадание со второго выстрела. Тогда сумма событий A и B - попадание с первого или второго выстрела или с двух выстрелов.
Задачи другого типа. Даны несколько событий, например, монета подбрасывается три раза. Требуется найти вероятность того, что или все три раза выпадет герб, или того, что герб выпадет хотя бы один раз. Это задача на умножение вероятностей.
Сложение вероятностей несовместных событий
Сложение вероятностей используется тогда, когда нужно вычислить вероятность объединения или логической суммы случайных событий.
Сумму событий A и B обозначают A + B или A ∪ B . Суммой двух событий называется событие, которое наступает тогда и только тогда, когда наступает хотя бы одно из событий. Это означает, что A + B – событие, которое наступает тогда и только тогда, когда при наблюдении произошло событие A или событие B , или одновременно A и B .
Если события A и B взаимно несовместны и их вероятности даны, то вероятность того, что в результате одного испытания произойдёт одно из этих событий, рассчитывают, используя сложение вероятностей.
Теорема сложения вероятностей. Вероятность того, что произойдёт одно из двух взаимно несовместных событий, равна сумме вероятностей этих событий:
Например, на охоте произведены два выстрела. Событие А – попадание в утку с первого выстрела, событие В – попадание со второго выстрела, событие (А + В ) – попадание с первого или второго выстрела или с двух выстрелов. Итак, если два события А и В – несовместные события, то А + В – наступление хотя бы одного из этих событий или двух событий.
Пример 1. В ящике 30 мячиков одинаковых размеров: 10 красных, 5 синих и 15 белых. Вычислить вероятность того, что не глядя будет взят цветной (не белый) мячик.
Решение. Примем, что событие А – «взят красный мячик», а событие В – «взят синий мячик». Тогда событие - «взят цветной (не белый) мячик». Найдём вероятность события А :
и события В :
События А и В – взаимно несовместные, так как если взят один мячик, то нельзя взять мячики разных цветов. Поэтому используем сложение вероятностей:
Теорема сложения вероятностей для нескольких несовместных событий. Если события составляют полное множество событий, то сумма их вероятностей равна 1:
Сумма вероятностей противоположных событий также равна 1:
Противоположные события образуют полное множество событий, а вероятность полного множества событий равна 1.
Вероятности противоположных событий обычно обозначают малыми буквами p и q . В частности,
из чего следуют следующие формулы вероятности противоположных событий:
Пример 2. Цель в тире разделена на 3 зоны. Вероятность того что некий стрелок выстрелит в цель в первой зоне равна 0,15, во второй зоне – 0,23, в третьей зоне – 0,17. Найти вероятность того, что стрелок попадет в цель и вероятность того, что стрелок попадёт мимо цели.
Решение: Найдём вероятность того, что стрелок попадёт в цель:
Найдём вероятность того, что стрелок попадёт мимо цели:
Задачи посложнее, в которых нужно применять и сложение и умножение вероятностей - на странице "Различные задачи на сложение и умножение вероятностей" .
Сложение вероятностей взаимно совместных событий
Два случайных события называются совместными, если наступление одного события не исключает наступления второго события в том же самом наблюдении. Например, при бросании игральной кости событием А считается выпадение числа 4, а событием В – выпадение чётного числа. Поскольку число 4 является чётным числом, эти два события совместимы. В практике встречаются задачи по расчёту вероятностей наступления одного из взаимно совместных событий.
Теорема сложения вероятностей для совместных событий. Вероятность того, что наступит одно из совместных событий, равна сумме вероятностей этих событий, из которой вычтена вероятность общего наступления обоих событий, то есть произведение вероятностей. Формула вероятностей совместных событий имеет следующий вид:
Поскольку события А и В совместимы, событие А + В наступает, если наступает одно из трёх возможных событий: или АВ . Согласно теореме сложения несовместных событий, вычисляем так:
Событие А наступит, если наступит одно из двух несовместных событий: или АВ . Однако вероятность наступления одного события из нескольких несовместных событий равна сумме вероятностей всех этих событий:
Аналогично:
Подставляя выражения (6) и (7) в выражение (5), получаем формулу вероятности для совместных событий:
При использовании формулы (8) следует учитывать, что события А и В могут быть:
- взаимно независимыми;
- взаимно зависимыми.
Формула вероятности для взаимно независимых событий:
Формула вероятности для взаимно зависимых событий:
Если события А и В несовместны, то их совпадение является невозможным случаем и, таким образом, P (AB ) = 0. Четвёртая формула вероятности для несовместных событий такова:
Пример 3. На автогонках при заезде на первой автомашине вероятность победить , при заезде на второй автомашине . Найти:
- вероятность того, что победят обе автомашины;
- вероятность того, что победит хотя бы одна автомашина;
1) Вероятность того, что победит первая автомашина, не зависит от результата второй автомашины, поэтому события А (победит первая автомашина) и В (победит вторая автомашина) – независимые события. Найдём вероятность того, что победят обе машины:
2) Найдём вероятность того, что победит одна из двух автомашин:
Задачи посложнее, в которых нужно применять и сложение и умножение вероятностей - на странице "Различные задачи на сложение и умножение вероятностей" .
Решить задачу на сложение вероятностей самостоятельно, а затем посмотреть решение
Пример 4. Бросаются две монеты. Событие A - выпадение герба на первой монете. Событие B - выпадение герба на второй монете. Найти вероятность события C = A + B .
Умножение вероятностей
Умножение вероятностей используют, когда следует вычислить вероятность логического произведения событий.
При этом случайные события должны быть независимыми. Два события называются взаимно независимыми, если наступление одного события не влияет на вероятность наступления второго события.
Теорема умножения вероятностей для независимых событий. Вероятность одновременного наступления двух независимых событий А и В равна произведению вероятностей этих событий и вычисляется по формуле:
Пример 5. Монету бросают три раза подряд. Найти вероятность того, что все три раза выпадет герб.
Решение. Вероятность того, что при первом бросании монеты выпадет герб , во второй раз , в третий раз . Найдём вероятность того, что все три раза выпадет герб:
Решить задачи на умножение вероятностей самостоятельно, а затем посмотреть решение
Пример 6. Имеется коробка с девятью новыми теннисными мячами. Для игры берут три мяча, после игры их кладут обратно. При выборе мячей игранные от неигранных не отличают. Какова вероятность того, что после трёх игр в коробке не останется неигранных мячей?
Пример 7. 32 буквы русского алфавита написаны на карточках разрезной азбуки. Пять карточек вынимаются наугад одна за другой и укладываются на стол в порядке появления. Найти вероятность того, что из букв получится слово "конец".
Пример 8. Из полной колоды карт (52 листа) вынимаются сразу четыре карты. Найти вероятность того, что все эти четыре карты будут разных мастей.
Пример 9. Та же задача, что в примере 8, но каждая карта после вынимания возвращается в колоду.
Задачи посложнее, в которых нужно применять и сложение и умножение вероятностей, а также вычислять произведение нескольких событий - на странице "Различные задачи на сложение и умножение вероятностей" .
Вероятность того, что произойдёт хотя бы одно из взаимно независимых событий , можно вычислить путём вычитания из 1 произведения вероятностей противоположных событий , то есть по формуле.
Начнём с независимых событий. События являются независимыми , если вероятность наступления любого из них не зависит от появления/непоявления остальных событий рассматриваемого множества (во всех возможных комбинациях).
Теорема умножения вероятностей независимых событий : вероятность совместного появления независимых событий А и В равна произведению вероятностей этих событий: Р(АВ) = Р(А) × Р(В)
Вернёмся к простейшему примеру 1-го урока, в котором подбрасываются две монеты и следующим событиям:
– в результате броска на 1-й монете выпадет орёл;
– в результате броска на 2-й монете выпадет орёл.
Найдём вероятность события А 1 А 2 (на 1-й монете появится орёл и на 2-й монете появится орёл – вспоминаем, как читается произведение событий !) . Вероятность выпадения орла на одной монете никак не зависит от результата броска другой монеты, следовательно, события А 1 и А 2 независимы. По теореме умножения вероятностей независимых событий:
Р(А 1 А 2) = Р(А 1) × Р(А 2) =
× =
Аналогично:
= × = × = – вероятность того, что на 1-й монете выпадет решка и на 2-й решка;
= × = × = – вероятность того, что на 1-й монете появится орёл и на 2-ой решка;
= × = × = – вероятность того, что на 1-й монете появится решка и на 2-ой орёл.
Заметьте, что события , , , образуют полную группу и сумма их вероятностей равна единице: + + + = = 1
Теорема умножения очевидным образом распространяется и на бо льшее количество независимых событий, так, например, если события А, В, С независимы, то вероятность их совместного наступления равна: Р(АВС) = Р(А) × Р(В)×Р(С).
Задача 3
В каждом из трех ящиков имеется по 10 деталей. В первом ящике 8 стандартных деталей, во втором – 7, в третьем – 9. Из каждого ящика наудачу извлекают по одной детали. Найти вероятность того, что все детали окажутся стандартными.
Решение : вероятность извлечения стандартной или нестандартной детали из любого ящика не зависит от того, какие детали будут извлечены из других ящиков, поэтому в задаче речь идёт о независимых событиях. Рассмотрим следующие независимые события:
S 1 – из 1-го ящика извлечена стандартная деталь;
S 2 – из 2-го ящика извлечена стандартная деталь;
S 3 – из 3-го ящика извлечена стандартная деталь.
По классическому определению: Р(S 1) = = 0,8; Р(S 2) = = 0,7; Р(S 3) = = 0,9; – соответствующие вероятности.
Интересующее нас событие (из 1-го ящика будет извлечена стандартная деталь и из 2-го стандартная и из 3-го стандартная) выражается произведением S 1 S 2 S 3 .
По теореме умножения вероятностей независимых событий:
Р(S 1 S 2 S 3) = Р(S 1) × Р(S 2) × Р(S 3) = 0,8 × 0,7 × 0,9 = 0,504 – вероятность того, что из 3-х ящиков будет извлечено по одной стандартной детали.
Ответ : вероятность того, что все детали окажутся стандартными, равна 0,504
Задача 4(для самостоятельного решения)
В трех урнах имеется по 6 белых и по 4 черных шара. Из каждой урны извлекают наудачу по одному шару. Найти вероятность того, что: а) все три шара будут белыми; б) все три шара будут одного цвета.
Опираясь на полученную информацию, догадайтесь, как разобраться с пунктом «бэ». Примерный образец решения оформлен в академичном стиле с подробной росписью всех событий дан в конце урока.
Зависимые события . Событие Х называют зависимым , если его вероятность Р(Х) зависит от одного или бо льшего количества событий, которые уже произошли. За примерами далеко ходить не надо – достаточно дойти до ближайшего магазина:
Х – завтра в 19.00 в продаже будет свежий хлеб.
Вероятность этого события зависит от множества других событий: завезут ли завтра свежий хлеб, раскупят ли его до 7 вечера или нет и т.д. В зависимости от различных обстоятельств данное событие может быть как достоверным Р(Х) = 1, так и невозможным Р(Х) = 0. Таким образом, событие Х является зависимым .
Другой пример, В – на экзамене студенту достанется простой билет.
Если идти не самым первым, то событие В будет зависимым, поскольку его вероятность Р(В) будет зависеть от того, какие билеты уже вытянули однокурсники.
События А, Б, В... называют зависимыми друг от друга, если вероятность появления хотя бы одного из них изменяется в зависимости от появления или непоявления других событий. События называются независимыми , если вероятности появления каждого из них не зависят от появления или непоявления прочих из них.
Условной вероятностью (РA (В)-условная вероятность события В относительно А) называют вероятность события В, вычисленную в предположении, что событие А уже наступило. пример условной вероятности Условная вероятность события В при условии, что событие А уже наступило, по определению, равна РA (В) = Р (АВ) / Р (А) (Р(A)>0).
Умножения вероятностей зависимых событий:
вероятность совместного появления двух событий равна произведению вероятности одного из них на условную вероятность другого, вычисленную в предположении, что первое событие уже наступило:
Р (АВ) = Р (А) РA (В)
Пример . У сборщика имеется 3 конусных и 7 эллиптических валиков. Сборщик взял один валик, а затем второй. Найти вероятность того, что первый из взятых валиков - конусный, а второй - эллиптический.
Решение:
Вероятность того, что первый валик окажется конусным (событие A), Р (А) = 3 / 10. Вероятность того, что второй валик окажется эллиптическим (событие В), вычисленная в предположении, что первый валик - конусный, т. е. условная вероятность РA (В) = 7 / 9.
По формуле умножения, искомая вероятность Р (АВ) = Р (А) РA (В) = (3 / 10) * (7 / 9) = 7 / 30. Заметим, что, сохранив обозначения, легко найдем: Р (В) = 7 / 10, РB (А) = 3 / 9, Р (В) РB (А) = 7 / 30
Условие независимости событий. Умножение вероятностей независимых событий. Примеры.
Событие В не зависит от события А, если
Р(В/А) = Р(В) т.е. вероятность события В не зависит от того, произошло ли событие А.
В этом случае и событие А не зависит от события В, тоесть свойство независимости событий является взаимным.
Вероятность произведения двух независимых событий равна произведению их вероятностей:
Р(АВ) = Р(А)Р(В) .
Пример 1: Прибор, работающий в течение времени t, состоит из трех узлов, каждый из которых, независимо от других, может в течение времени t отказать (выйти из строя). Отказ хотя бы одного узла приводит к отказу прибора в целом. За время t надежность (вероятность безотказной работы) первого узла равна p 1 = 0,8; второго p 2 = 0,9 третьего p 3 = 0,7. Найти надежность прибора в целом.
Решение. Обозначая:
A – безотказная работа приборов,
A 1 - безотказная работа первого узла,
A 2 - безотказная работа второго узла,
A 3 - безотказная работа третьего узла,
откуда по теореме умножения для независимых событий
P(A) = P(A 1)P(A 2)P(A 3) = p 1 p 2 p 3 = 0,504
Пример 2 . Найти вероятность совместного появления цифры при одном подбрасывании двух монет.
Решение . Вероятность появления цифры первой монеты (событие А) Р(А) = 1/2; вероятность появления цифры второй монеты (событие В)- Р(В) = 1/2.
События А и В независимы, поэтому искомую вероятность найдем
по формуле:
Р(АВ) = Р(А)Р(В) = 1/2 *1/2 = 1/4
Совместность и несовместность событий. Сложение вероятностей двух совместных событий. Примеры.
Два события называются совместными , если появление одного из них не влияет и не исключает появление другого. Совместные события могут реализоваться одновременно, как, например, появление какого-либо числа на одной кости ни
коим образом не влияет на появление чисел на другой кости. События несовместны , если в одном явлении или при одном испытании они не могут реализоваться одновременно и появление одного из них исключает появление другого (попадание в цель и промах несовместны).
Вероятность появления хотя бы одного из двух совместных событий A или B равна сумме вероятностей этих событий без вероятности их совместного появления:
P(A+B) = P(A)+P(B)-P(AB).
Пример . Вероятность попадания в мишень для первого спортсмена 0,85, а для второго - 0,8. Спортсмены независимо друг от друга
сделали по одному выстрелу. Найти вероятность того, что в мишень попадет хотя бы один спортсмен?
Решение . Введем обозначения: события А - "попадание первого спортсмена", В - "попадание второго спортсмена", С -"попадание хотя бы одного из спортсменов". Очевидно, А + В = С, причем события А и В совместны. В соответствии с формулой получаем:
P(C) = Р(А) + Р(В) - Р(АВ)
Р(C) = Р(А)+ Р(В)-Р(А)Р(В),
поскольку А и В - независимые события. Подставив данные значения Р(А) = 0,85, Р(В) = 0,8 в формулу для Р(C) , найдем искомую вероятность
Р(С) = (0,85 + 0,8) - 0,85·0,8 = 0,97
Классическое определение вероятности.
Вероятность события –это количественная мера, которая вводится для сравнения событий по степени возможности их появления.
Событие, представимое в виде совокупности (суммы) нескольких элементарных событий, называется составным.
Событие, которое нельзя разбить на более простые, называется элементарным.
Событие называется невозможным, если оно не происходит никогда в условиях данного эксперимента (испытания).
Достоверные и невозможные события не являются случайными.
Совместные события – несколько событий называют совместными, если в результате эксперимента наступление одного из них не исключает появления других.
Несовместные события – несколько событий называют несовместными в данном эксперименте, если появление одного из них исключает появление других. Два события называются противоположными, если одно из них происходит тогда и только тогда, когда не происходит другое.
Вероятностью события А – Р(А) – называется отношение числа m элементарных событий (исходов), благоприятствующих появлению события А, к числу n всех элементарных событий в условиях данного вероятностного эксперимента.
Из определения вытекают следующие свойства вероятности:
1.Вероятность случайного события есть положительное число, заключенное между 0 и 1:
2. Вероятность достоверного события равна 1: (3)
3. Если событие невозможное, то его вероятность равна
4. Если события и несовместны, то
5. Если события А и В совместны, то вероятность их суммы равна сумме вероятностей этих событий без вероятности их совместного наступления:
Р(А+В) = Р(А) +Р(В) - Р(АВ) (6)
6. Если и - противоположные события, то (7)
7. Сумма вероятностей событий А 1 , А 2 , …, А n , образующих полную группу, равна 1:
Р(А 1) + Р(А 2) + …+ Р(А n) = 1. (8)
В экономических исследованиях значения и в формуле могут интерпретироваться по-другому. При статистическом определении вероятности события под понимается количество наблюдений результатов эксперимента, в которых событие встречалось ровно раз. В этом случае отношение называется относительной частотой (частостью) события
События А, В называются независимыми , если вероятности каждого из них не зависит от того, произошло или нет другое событие. Вероятности независимых событий называются безусловными .
События А, В называются зависимыми , если вероятность каждого из них зависит от того, произошло или нет другое событие. Вероятность события В, вычисленная в предположении, что другое событие А уже осуществилось, называется условной вероятностью .
Если два события А и В – независимые, то справедливы равенства:
Р(В) = Р(В/А), Р(А) = Р(А/В) или Р(В/А) – Р(В) = 0 (9)
Вероятность произведения двух зависимых событий А, В равна произведению вероятности одного из них на условную вероятность другого:
Р(АВ) = Р(В) ∙ Р(А/В) или Р(АВ) = Р(А) ∙ Р(В/А) (10)
Вероятность события В при условии появления события А:
Вероятность произведения двух независимых событий А, В равна произведению их вероятностей:
Р(АВ) = Р(А) ∙ Р(В) (12)
Если несколько событий попарно независимы, то отсюда еще не следует их независимость в совокупности.
События А 1 , А 2 , …, А n (n>2) называются независимыми в совокупности, если вероятность каждого из них не зависит от того, произошли или нет любые события из числа остальных.
Вероятность совместного появления нескольких событий, независимых в совокупности, равна произведению вероятностей этих событий:
Р(А 1 ∙А 2 ∙А 3 ∙…∙А n) = Р(А 1)∙Р(А 2)∙Р(А 3)∙…∙Р(А n). (13)
В заданиях ЕГЭ по математике встречаются и более сложные задачи на вероятность (нежели мы рассматривали в части 1), где приходится применять правило сложения, умножения вероятностей, различать совместные и несовместные события.
Итак, теория.
Совместные и несовместные события
События называются несовместными, если появление одного из них исключает появление других. То есть, может произойти только одно определённое событие, либо другое.
Например, бросая игральную кость, можно выделить такие события, как выпадение четного числа очков и выпадение нечетного числа очков. Эти события несовместны.
События называются совместными, если наступление одного из них не исключает наступления другого.
Например, бросая игральную кость, можно выделить такие события, как выпадение нечетного числа очков и выпадение числа очков, кратных трем. Когда выпадает три, реализуются оба события.
Сумма событий
Суммой (или объединением) нескольких событий называется событие, состоящее в наступлении хотя бы одного из этих событий.
При этом сумма двух несовместных событий есть сумма вероятностей этих событий:
Например, вероятность выпадения 5 или 6 очков на игральном кубике при одном броске, будет , потому что оба события (выпадение 5, выпадение 6) неовместны и вероятность реализации одного или второго события вычисляется следующим образом:
Вероятность же суммы двух совместных событий равна сумме вероятностей этих событий без учета их совместного появления:
Например, в торговом центре два одинаковых автомата продают кофе. Вероятность того, что к концу дня в автомате закончится кофе, равна 0,3. Вероятность того, что кофе закончится в обоих автоматах, равна 0,12. Найдем вероятность того, что к концу дня кофе закончится хотя бы в одном из автоматов (то есть или в одном, или в другом, или в обоих сразу).
Вероятность первого события «кофе закончится в первом автомате» также как и вероятность второго события «кофе закончится во втором автомате» по условию равна 0,3. События являются совместными.
Вероятность совместной реализации первых двух событий по условию равна 0,12.
Значит, вероятность того, что к концу дня кофе закончится хотя бы в одном из автоматов есть
Зависимые и независимые события
Два случайных события А и В называются независимыми, если наступление одного из них не изменяет вероятность наступления другого. В противном случае события А и В называют зависимыми.
Например, при одновременном броске двух кубиков выпадение на одном из них, скажем 1, и на втором 5, – независимые события.
Произведение вероятностей
Произведением (или пересечением) нескольких событий называется событие, состоящее в совместном появлении всех этих событий.
Если происходят два независимых события А и В с вероятностями соответственно Р(А) и Р(В), то вероятность реализации событий А и В одновременно равна произведению вероятностей:
Например, нас интересует выпадение на игральном кубике два раза подряд шестерки. Оба события независимы и вероятность реализации каждого из них по отдельности – . Вероятность того, что произойдут оба эти события будет вычисляться по указанной выше формуле: .
Подборку задач на отработку темы смотрите .