《用频率估计概率》教案-05

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《用频率估计概率》教案

8.2概率的定义

1.概率的统计定义

由于随机事件具有不确定性,因而从表面上看,似乎偶然性在起着支配作用,没有什么必然性.但是,人们经过长期的实践并深入研究后,发现随机事件虽然就一次试验结果来说具有不确定性,但在相同的条件下,进行大量的重复实验,随机事件的发生会呈现出某种规律性。例如,历史上曾有人作过抛硬币的大量重复实验,结果如下8-1

表8-1

抛掷次数(n ) 正面向上的次数(频数m ) 频率(nm )

2048 1061 0.5181

4040 2048 0.5069

12000 6019 0.5016

24000 12012 05005

30000 14984 0.4996

72088 36124 0.5011

我们看到,随着抛掷硬币的次数不断增多时,出现正面的频率是稳定的,接近于常数0.5,并在该常数附近摆动。

再来看某种棉花籽在相同条件下的发芽实验,结果如下表8-2

一般地,在大量重复进行同一试验时,事件A 发生的频率nm 总是接近于某个常数p,并在该常数附近摆动,我们把这个常数p叫做事件P 的概率,记做事件A的概率(probaility),记作)(AP.即

pAP)(

我们把上述定义叫做概率的统计定义。

在上面抛硬币的例子中,如果设A={正面朝上},则

5.0)(AP;

在棉花籽的发芽实验中,如果设B={棉花籽发芽},则

51.0)(BP

概率从数量上反映了一件事件发生的可能性大小。这里5.0)(AP,是指出现“正面朝上”的可能性是50%;51.0)(BP,是指“棉花籽发芽”的可能性是51%。

上面有关概率的定义,实际上也是求一个事件的概率的基本方法;进行大量的重复实验,用这个事件发生的频率近似地作为它的概率。我们常用的升学率、合格率、成活率、出生率、死亡率、达标率等等,就是这样得到的。

【想一想】天气预报员说,明天长沙市下雨的概率市84%,有人这样解释:明天长沙市将有84%的地方下雨,16%的地方不下雨,这种解释正确吗?为什么?

2.概率的古典定义

【想一想】

从上节我们知道,随机事件的概率,一般可以通过大量的重复实验求得其近似值,但这样做很不方便,而且有时候这样做是不现实的。对于某些随机事件,能否不通过重复实验,只要通过对一次实验中可能出现的结果进行分析,便可计算出它的概率呢?

例如,掷一枚均匀的硬币,可能出现的结果(样本点)只有两个,即样本空间是 U={正面朝上,反面朝上}

由于硬币是均匀的,可以认为这两个样本点对应的基本事件发生的可能性大小是相等的,即可认为出现“正面向上”的概率是21 ,出现“反面向上”的概率也是21 ,这与大量重复实验所得到的结果是一致的.

又如,袋中装有5个完全相同的球,分别编号为1,2,3,4,5,从中任取1球观察它的号码,可能出现的样本点只有5个,设i={取得第i号球}(i=1,2,3,4,5),则样本空间

U={1,2,3,4,5}

由于5个球完全相同,且抽取是任意的,因此可以认为这5个样本点对应的基本事件发生的可能性大小是相等的,即可认为每一个基本事件发生的概率都是51,这种分析与大量重复实验的结果也是一致的。

现在进一步问:事件A={取得奇数号球}的概率是多少?

由于事件A包含3个样本点,即

A={1,3,5},

且每个样本点对应的基本事件发生的可能性都相等,因此有

53)(AP

从以上两例,我们得到了一种简单而又直观的概率计算方法,但应用这个方法时,要求随机实验满足下列两个条件:

(1)实验只有有限个样本点,即U={ω1,ω2,ω3,…,ωn}(简称有限性);

(2)每个样本点ω1,ω2,ω3,…,ωn发生的可能性都相等(简称等可能性)。

满足以上两个条件的随机实验模型叫做古典概型。在古典概型中,如果样本点的总数为n,事件A包含m个样本点,则事件A的概率为

nmAP)( (8-1)

我们把上述定义叫做概率的古典定义。

【详注】 从集合的观点来看,事件A的概率可解释为子集A的元素(样本点)的个数(记作card(A)与全集U的元素个数的比值,即:

由于任何事件A发生的次数m不会是负数,也不可能大于实验次数n,所以,由概率的古典定义知,事件A的概率满足0≤)(AP≤1

并且,必然事件的概率是1,不可能事件的概率是0,即

1)(UP, 0)(P

【试一试】

在40根纤维中,有12根的长度超过30毫米,从中任取1根,取到长度超过30毫米的纤维的概率是多少?

【示范】

例1 从编号分别为1,2,3,4,…,10的大小相同的10个球中任取一球,求取到的球是偶数号的概率。

解 从10个球中任取1球的样本点总数,就是从10个元素中任取1个的组合数,

即 10110Cn

由于球的大小相同,且抽取是任意的,这些结果对应的基本事件发生的可能性都相等。

设事件A={取得偶数号球},则A包含的样本点个数

515Cm

根据公式(8-1),得

5.0105)(AP

答:取到的球号是偶数号的概率是0.5。

【想一想】本题取到的球号是奇数号的概率是多少呢?

例2 某地自动电话号码由7位数字组成,某人忘记了需要联系的客户的电话号码,问他一次拨号就能联系上的概率是多少? 解 由于某地自动电话号码由7位数字组成,且每位上的数字有从0~9这10种取法,并可重复取,根据分步乘法原理,这种号码共有107个,即样本点总数是

n=107

设事件A={一次拨号就能联系上},则A只包含1个样本点。于是

0000001.0101)(7AP

答:他一次拨号就能联系上的概率是0.0000001。

【想一想】本题的结果说明了什么?

例3 在100件产品中,有95件合格品,5件次品,从中任取2件,计算:

(1)2件都是合格品的概率;

(2)1件是合格品,另1件 是次品的概率。

解 从100件产品中任取2件的样本点总数是2100C

(1)设A={2件都是合格品},因为在100件产品中有95件合格品,所以取到2件合格品的样本点数是295C,因此,有

9020.0990893)(2100295CCAP

(2)设B={1件是合格品,另1件是次品},则B包含的样本点数是15195CC,因此,

0960.019819)(210015195CCCBP

答:1件是合格品、1件是次品的概率为0.0960。

练 习 三

1.从一副扑克牌的52张牌中,任意抽取2张,求它们都是黑桃的概率。

2.10位同学任意站成一排照相,求其中某3位同学站在一起的概率。

3.2封信随机地向标号为1,2,3,4的4个邮筒投寄,求第2个邮筒恰好被投入1封信的概率。 4.一部为4分册的文集按任意的顺序放到书架上去,问各分册自左向右恰好成1、2、3、4分册的顺序的概率等于多少?

5.在10支铅笔中,有8件正品,2件次品,从中任取2件,求下列事件的概率:

(1)恰有1件次品;

(2)恰有2件次品;

(3)3件都是正品。

习题8-2

A组

1.从生产的一批螺钉中抽取1000个进行检查,结果有4个是次品,那么从这批螺钉中任取一个螺钉,取到次品的概率约是多少?

2.在12名学生中,有8名优等生,根据名册随机选出9名学生,求在所选的学生中有5名优等生的概率。

3.一个口袋内装有大小相同的7个白球和3个黑球,从中任意摸出2个,得到1个白球和1个黑球的概率是多少?

4.将一枚硬币连续掷3次,求:

(1)出现“2个正面、1个反面”的概率;

(2)出现“1个正面、2个反面”的概率。

B组

1.有100张已编号的卡片(从1号到100号),从中任取1张,计算:

(1)卡片号是奇数的概率;

(2)卡片号是7的倍数的概率。

2.5个同学任意站成一排,计算:

(1)甲恰好站在正中间的概率; (2)甲、乙两人恰好站在两端的概率。

3.盒中有红、白、黄色球各一个,每次取1个,有放回地抽取3次,求下列各事件的概率:

(1)都是红球;

(2)都是黄球;

(3)颜色都相同;

(4)颜色都不同;

(5)只有红、白两种颜色地球。

4.把一副扑克牌52张洗乱,四张“A”排在一起地概率是多少?

5.将张明、李华、王荣3人等可能地分配到3个房间中去,试求每个房间恰有1人地概率。

8.3 概率的加法公式

在一个盒子中放有10个大小相同的球,其中有7个红球、2个白球、1个黄球。从中任取1个球,记A={取得的1个球是红球}、B={取得的1个球是白球},则事件“取得的1个球是红球或白球”可表示为A+B,很明显,这里事件A、B是互不相容事件。

【想一想】事件A+B的概率如何计算?

【分析】从盒中取出1个球的样本点总数为10。由于从盒中取出1个球无论是红球还是白球,都表示事件A+B发生,所以事件A+B包含的样本点数为7+2,

因此

1027)(BAP

另一方面

107)(AP 102)(BP

因此,我们有 )()(1021071027)(BPAPBAP

【归纳】

一般地,如果事件A、B是互不相容的,则

(8-2)

这就是互不相容事件的概率的加法公式,公式表明,两个互不相容事件的和的概率等于每个事件的概率的和。

公式(3-2)可以推广到任意多个事件中去,即n(n≥2)个事件A1,A2,…An互不相容,则有

)()()()(2121nnAPAPAPAAAP

【评注】 对于互不相容事件A1,A2,…An,事件“nAAA21”发生,

即表示A1,A2,…An中有一个发生。

【示范】

例1 某地区的年降水量在下列范围内的概率如下表所示:

年降水量

(单位:mm) [100,150) [150,200) [200,250) [250,300]

概 率 0.12 0.25 0.16 0.14

(1)求年降水量在[100,200)(mm)范围内的概率;

(2)求年降水量在[150,300)(mm)范围内的概率。

解 (1)记这个地区的年降水量在[100,150)(mm)、[150,200)(mm)、[200,250)(mm)、[250,300)(mm)范围内分别为事件A、B、C、D,这四个事件是彼此互斥的。根据公式(8-2),年降水量在[100,200)(mm))()()(BPAPBAP