20190831《概率统计》

Ω\OmegaΩ为全集,必然事件,样本空间
Φ\PhiΦ为空集,不可能事件
相对与实验目的不能再细分或不必再细分的实验结果称为基本事件,否则称为复合事件
事件A的发生必然导致事件B的发生,则称事件B包含事件A,记作BAB \supset AB⊃A,或称事件A包含于事件B,记作ABA \subset BA⊂B

事件的并

事件A与B中至少有一个发生,记作
ABA \cup BA∪B或A+BA + BA+B

事件的交

事件A与B同时发生,记作
ABA \cap BA∩B或ABABAB

一系列事件的和与积

和记作
i=1nAi   or   i=1nAi\bigcup ^n _{i=1} A_i ~~~or~~~ \sum ^n _{i=1} A_ii=1⋃n​Ai​   or   i=1∑n​Ai​
积记作
i=1nAi\bigcap ^n _{i=1} A_ii=1⋂n​Ai​

事件的差

事件A发生而事件B不发生,记作ABA - BA−B

互不相容事件

若事件A与B不能同时发生,即AB=ΦAB = \PhiAB=Φ,称A与B互斥

对立事件

若两事件A与B互不相容,且他们的并集为全集,则称A与B对立,记作B=AB = \overline{A}B=A

完备事件组

若n个事件A1,A2, ,AnA_1, A_2, \cdots, A_nA1​,A2​,⋯,An​两互不相容,且i=1nAi=Ω\bigcup ^n _{i=1} A_i = \Omega⋃i=1n​Ai​=Ω则称这n个事件构成一个完备事件组。

事件间的运算律

(1). 交换律AB=BAA \cup B = B \cup AA∪B=B∪A   AB=BAA \cap B = B \cap AA∩B=B∩A
(2). 结合律(AB)C=A(BC)(A \cup B) \cup C = A \cup (B \cup C)(A∪B)∪C=A∪(B∪C)   (AB)C=A(BC)(A \cap B) \cap C = A \cap (B \cap C)(A∩B)∩C=A∩(B∩C)

(3). 分配律(AB)C=(AC)(BC)(A \cup B) \cap C = (A \cap C) \cup (B \cap C)(A∪B)∩C=(A∩C)∪(B∩C)   (AB)C=(AC)(BC)(A \cap B) \cup C = (A \cup C) \cap (B \cup C)(A∩B)∪C=(A∪C)∩(B∪C)
(4). 对偶率AB=AB\overline{A \cup B} = \overline{A} \cap \overline{B}A∪B=A∩B   AB=AB\overline{A \cap B} = \overline{A} \cup \overline{B}A∩B=A∪B
i=1nAi=i=1nAi\overline{\bigcup ^n _{i=1} A_i} = \bigcap ^n _{i=1} \overline{A_i}⋃i=1n​Ai​​=⋂i=1n​Ai​​   i=1nAi=i=1nAi\overline{\bigcap ^n _{i=1} A_i} = \bigcup ^n _{i=1} \overline{A_i}⋂i=1n​Ai​​=⋃i=1n​Ai​​

概率

在概率论中,用来刻画事件发生的可能性大小的数量指标称为事件的概率,记作P(A).
P(Ω)=1P(Φ)=0P(\Omega) = 1,P(\Phi) = 0P(Ω)=1,P(Φ)=0
若(1)实验样本空间只有有限个样本点(有限性);(2)每个样本点出现的可能性相等(等可能性)。则称随机试验为等可能模型或古典概率模型,简称古典概型
Cnm=CnnmC^m_n = C^{n-m}_nCnm​=Cnn−m​   Cn0=Cnn=1C^0_n = C^n_n = 1Cn0​=Cnn​=1
例7. 袋中有a个白球,b个黑球,从中接连任意取出m(1ma+b)m(1 \leq m \leq a+b)m(1≤m≤a+b)个球,取出的球不放回,求第m次取出的球是白球的概率。
解:设A表示“第m次取到白球”
A发生可以先从a个白球中任意取一个放在第m个位置上,然后将剩下的a+b-1个球任意排在另外的a+b-1个位置上,共有a(a+b1)!a·(a+b-1)!a⋅(a+b−1)!种排法。
P(A)=a(a+b1)!(a+b)!=aa+bP(A) = \frac{a·(a+b-1)!}{(a+b)!} = \frac{a}{a+b}P(A)=(a+b)!a⋅(a+b−1)!​=a+ba​
其他条件忽略,第m个球是白的有几种可能,a种,第m个球有几种可能,a+b种。简单。

1.2.3 几何概型

例1. 某人午觉醒来,发现表停了,他打开收音机,想听听电台报时,求他等待时间不超过10分钟的概率。
解:P(A)=16P(A) = \frac{1}{6}P(A)=61​

例2 (会面问题)甲乙两人约定在6时到7时之间在某处见面,并约定先到者应等候另一人一刻钟,过时即可离去。假如每人在指定的1小时内任意时刻到达时等可能的,求两人能会面的概率。
解:设A——两人能会面
x——甲到达约会地点的时刻
y——乙到达约会地点的时刻
则样本空间Ω={(x,y)0x60,  0y60}\Omega = \{(x,y)|0 \leq x \leq 60, ~~ 0 \leq y \leq 60\}Ω={(x,y)∣0≤x≤60,  0≤y≤60}
A为区域G={(x,y)0xy15}G = \{(x,y)|0 \leq |x-y| \leq 15 \}G={(x,y)∣0≤∣x−y∣≤15},且GΩG \subset \OmegaG⊂Ω,于是
P(A)=μ(G)μ(Ω)=60212×452×2602=716P(A) = \frac{\mu(G)}{\mu(\Omega)} = \frac{60^2 - \frac{1}{2} \times 45^2 \times 2}{60^2} = \frac{7}{16}P(A)=μ(Ω)μ(G)​=602602−21​×452×2​=167​
画图有助理解
例3. (抛针问题)在两条间距为d的平行线之间抛针,针长为ll&lt;dl,l &lt; dl,l<d,求针落在线上的概率。
解:设针落在线上为事件A
x为针中点距离平行线的距离(xd/2)(x \leq d/2)(x≤d/2)
θ\thetaθ为针到平行线的顺时针夹角(0θπ)(0 \leq \theta \leq \pi)(0≤θ≤π),则
P(A)=0πl2sinθdθπd2=2lπdP(A) = \frac{\int^{\pi}_0 \frac{l}{2} \sin \theta d \theta}{\pi \frac{d}{2}} = \frac{2 l}{\pi d}P(A)=π2d​∫0π​2l​sinθdθ​=πd2l​

重复次数高了,频率趋近于概率。

1.2.5

性质1. 不可能事件的概率为零;
性质2. (有限可加性)若事件A1,A2,&ThinSpace;,AnA_1, A_2, \cdots, A_nA1​,A2​,⋯,An​两两互不相容,则P(i=1nAi)=i=1nP(Ai)P(\sum ^n _{i=1} A_i) = \sum ^n _{i=1} P(A_i)P(∑i=1n​Ai​)=∑i=1n​P(Ai​)
性质3. 对于任意事件A,有P(Ai)=1P(Ai)P(\overline{A_i}) = 1 - P(A_i)P(Ai​​)=1−P(Ai​)
性质4. (1)对于任意事件A、B,有P(AB)=P(A)P(AB)P(A - B) = P(A) - P(AB)P(A−B)=P(A)−P(AB);
      (2)若ABA \supset BA⊃B,则P(AB)=P(A)P(B)P(A-B) = P(A) - P(B)P(A−B)=P(A)−P(B),且P(A)P(B)P(A) \geq P(B)P(A)≥P(B)
性质5. (加法公式)对于任意事件A、B,有P(A+B)=P(A)+P(B)P(AB)P(A+B) = P(A) + P(B) - P(AB)P(A+B)=P(A)+P(B)−P(AB)
推广:对任意事件A、B、C,有P(A+B+C)=P(A)+P(B)+P(C)P(AB)P(AC)P(BC)+P(ABC)P(A + B + C) = P(A) + P(B) + P(C) - P(AB) - P(AC) - P(BC) + P(ABC)P(A+B+C)=P(A)+P(B)+P(C)−P(AB)−P(AC)−P(BC)+P(ABC)

例1. 设事件A,B,A+B的概率分别是0.4,0.3,0.6,求P(AB)P(A \overline{B})P(AB)
解:P(AB)=P(AB)=P(A)P(AB)=P(A)(P(A)+P(B)P(A+B))=0.1P(A \overline{B}) = P(A - B) = P(A) - P(AB) = P(A) - (P(A) + P(B) - P(A + B)) = 0.1P(AB)=P(A−B)=P(A)−P(AB)=P(A)−(P(A)+P(B)−P(A+B))=0.1

例2. 已知P(A)=P(B)=P(C)=14P(AB)=0P(AC)=P(BC)=116P(A) = P(B) = P(C) = \frac{1}{4},P(AB) = 0,P(AC) = P(BC) = \frac{1}{16}P(A)=P(B)=P(C)=41​,P(AB)=0,P(AC)=P(BC)=161​,试求A,B,C中至少有一个发生的概率及A,B,C都不发生的概率。
解:(1) P(AB)=0P(ABC)=0P(AB) = 0 \Rightarrow P(ABC) = 0P(AB)=0⇒P(ABC)=0,则P(A+B+C)=P(A)+P(B)+P(C)P(AB)P(AC)P(BC)+P(ABC)=14×30116×2+0=78P(A + B + C) = P(A) + P(B) + P(C) - P(AB) - P(AC) - P(BC) + P(ABC) = \frac{1}{4} \times 3 - 0 - \frac{1}{16} \times 2 + 0 = \frac{7}{8}P(A+B+C)=P(A)+P(B)+P(C)−P(AB)−P(AC)−P(BC)+P(ABC)=41​×3−0−161​×2+0=87​
(2) 1P(A+B+C)=181 - P(A + B + C) = \frac{1}{8}1−P(A+B+C)=81​

例3. 一个袋子内装有大小相同的7个球,其中4个白球,3个黑球,从中一次取出3个球,求3个球至少2个是白球的概率。
解:A2A_2A2​为两个白球一个黑球,A3A_3A3​为三个白球,P(A2+A3)=P(A2)+P(A3)P(A2A3)=C42C31C73+C43C730=1835+435=2235P(A_2 + A_3) = P(A_2) + P(A_3) - P(A_2 A_3) = \frac{C^2_4 C^1_3}{C^3_7} + \frac{C^3_4}{C^3_7} - 0= \frac{18}{35} + \frac{4}{35} = \frac{22}{35}P(A2​+A3​)=P(A2​)+P(A3​)−P(A2​A3​)=C73​C42​C31​​+C73​C43​​−0=3518​+354​=3522​

例4. 一个工人看管两个车床,在一个小时内第一台车床不需看管的概率是0.9,第二台车床不需看管的概率为0.8,两台车床都需要看管的概率是0.02,求在一个小时内至少有一台车床需要看管的概率。
解:

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