样本空间与概率.ppt

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1、生活中的概率实例：病人家属和护士的对话生活中的概率实例：病人家属和护士的对话1.1 序言序言第一章 样本空间与概率试验试验事件事件A事件事件B样本空间样本空间（可能结果的集合）（可能结果的集合）AB事件事件概率律概率律P(A)P(B)概率模型的基本构成概率模型的基本构成1.2 概率模型概率模型概率模型的基本构成：概率模型的基本构成：样本空间样本空间，这是一个实验的所有可能结果的集合，这是一个实验的所有可能结果的集合 概率律概率律，概率律为实验结果的集合，概率律为实验结果的集合A（称之为（称之为事件事件）确定）确定 一一 个非负数个非负数P（A）（称为事件）（称为事件A的的概率概率）。这个非负数

2、）。这个非负数 刻画了我们对事件刻画了我们对事件A的认识或所产生的信念的程度。概率的认识或所产生的信念的程度。概率 律必须满足某些性质。律必须满足某些性质。1.2.1 试验、样本空间和事件试验、样本空间和事件每一个概率模型都关联着一个每一个概率模型都关联着一个试验试验,(试验有三个基本特性试验有三个基本特性)试验将产生一个试验结果，称为试验将产生一个试验结果，称为样本点样本点，用，用表示表示;该试验的所有可能结果形成该试验的所有可能结果形成样本空间样本空间，用，用 表示表示;样本空间的子集，即某些试验结果的集合，称为样本空间的子集，即某些试验结果的集合，称为事件事件，用大写字母用大写字母A，B

3、，C等表示等表示例：例：E1：抛掷一枚硬币，观察正面向上还是反面向上。：抛掷一枚硬币，观察正面向上还是反面向上。=正面，反面正面，反面E2：掷一枚骰子，观察出现的点数：掷一枚骰子，观察出现的点数=1,2,3,4,5,6E3：在一批灯泡中任意抽取一个，测试它的寿命：在一批灯泡中任意抽取一个，测试它的寿命=0，+)（无限多个结果）（无限多个结果）注：在我们所讨论的概率模型的问题中，只涉及一个试验注：在我们所讨论的概率模型的问题中，只涉及一个试验.例如例如:连续抛掷两次硬币的实验连续抛掷两次硬币的实验,只能作为一次试验只能作为一次试验,样本空间为样本空间为=(正面正面,正面正面)，(正面正面,反面反

4、面)，(反面反面,正面正面)，(反面反面,反面反面)若事件若事件A表示表示“第一次出现正面第一次出现正面”，则，则A=A=(正面正面,正面正面)，(正面正面,反面反面)1.2.2 选择适当的样本空间选择适当的样本空间1、在确定样本空间的时候，不同的实验结果必须相互排斥。、在确定样本空间的时候，不同的实验结果必须相互排斥。例如，掷骰子的试验中，我们可以把例如，掷骰子的试验中，我们可以把1,2,3定义为一个结果，定义为一个结果，记为记为1，把，把4,5,6定义为另一个结果，记为定义为另一个结果，记为2，于是样本空间，于是样本空间为为 =1，2但是不能把但是不能把1,2,3定义为一个结果，同时把定义

5、为一个结果，同时把1,4,5也定义也定义为一个结果，因为如果这样定义，当出现为一个结果，因为如果这样定义，当出现“1”时，就不知道时，就不知道得到什么结果了。得到什么结果了。2、对同一个实验，根据我们的兴趣可以确定不同的模型。、对同一个实验，根据我们的兴趣可以确定不同的模型。注：但在确定模型时，不能遗漏样本空间中的任何一个结果注：但在确定模型时，不能遗漏样本空间中的任何一个结果，也就是实验过程中总能够得到样本空间中的一个结果。，也就是实验过程中总能够得到样本空间中的一个结果。另外，建立样本空间时，一方面要避免不必要的麻烦，同时另外，建立样本空间时，一方面要避免不必要的麻烦，同时清楚的刻画我们感

6、兴趣的事件。清楚的刻画我们感兴趣的事件。例例:考虑两个不同的游戏，他们都涉及连续抛掷考虑两个不同的游戏，他们都涉及连续抛掷10次硬币。次硬币。游戏游戏1：每次抛掷硬币的时候，只要正面向上，我们就赢：每次抛掷硬币的时候，只要正面向上，我们就赢1元元 游戏游戏2：在抛掷硬币的时候，直到第一次出现正面朝上（含：在抛掷硬币的时候，直到第一次出现正面朝上（含正面朝上的那一次正面朝上的那一次),以前的每次抛掷都赢以前的每次抛掷都赢1元（若元（若10次都正面向次都正面向下，赢下，赢10元）。若第一次正面朝上以后还有机会抛掷硬币，则元）。若第一次正面朝上以后还有机会抛掷硬币，则以后每次赢以后每次赢2元，直到第

7、二次出现正面向上。每次抛掷得到正面元，直到第二次出现正面向上。每次抛掷得到正面向上的时候，以后每次抛掷硬币所赢的钱数比以前每次抛掷硬向上的时候，以后每次抛掷硬币所赢的钱数比以前每次抛掷硬币所赢得的钱数加倍。币所赢得的钱数加倍。游戏游戏1中，赢钱数只与中，赢钱数只与10次抛掷中正面向上的次数有关，样本空次抛掷中正面向上的次数有关，样本空间可由间可由11个实验结果组成：个实验结果组成：=0，1，2，.，10游戏游戏2中，赢钱数不仅与正面出现的次数有关，也与正面出现的中，赢钱数不仅与正面出现的次数有关，也与正面出现的顺序有关，样本空间由所有长度为顺序有关，样本空间由所有长度为10的正反序列组成。的正

8、反序列组成。注：注：游戏游戏2的样本空间是古典概型，有的样本空间是古典概型，有个样本点个样本点1.2.3 事件间的关系和运算事件间的关系和运算集合集合(事件事件)称为称为A相对于相对于的补集的补集(对立事件对立事件),记为记为并集（并集（和事件和事件）交集（交集（积事件积事件）AB阴影部分是阴影部分是AB阴影部分是阴影部分是AB阴影部分是阴影部分是或或AB阴影部分是阴影部分是此处此处ABCA，B，C互不相交互不相交ABCA，B，C形成形成的一个的一个完备事件组完备事件组（分割）（分割）1.2.5 特殊事件特殊事件必然事件：每次试验中一定出现的事件。用必然事件：每次试验中一定出现的事件。用表示。

9、表示。不可能事件：每次试验中一定不出现的事件不可能事件：每次试验中一定不出现的事件,用用表示表示基本事件：只包含一个样本点的单点子集。基本事件：只包含一个样本点的单点子集。1.2.4 集合（事件）的代数运算集合（事件）的代数运算摩根定律：摩根定律：一般情形：一般情形：例例1 1 观察人的寿命：观察人的寿命：A=“=“活到七十岁活到七十岁”,B=“=“活到六十岁活到六十岁”，则则A,B的关系为的关系为：解：设解：设x表示人的寿命，则表示人的寿命，则故故 例例2 2 甲乙二人向同一目标射击，事件甲乙二人向同一目标射击，事件A A表示表示“甲至少中甲至少中2 2发，发，乙最多中乙最多中3 3发发”，

10、则，则A.A.甲最多中甲最多中2 2发，乙最少中发，乙最少中3 3发发。B.B.甲最多中甲最多中2 2发或乙最少中发或乙最少中3 3发发。C.C.甲最多中甲最多中1 1发，乙最少中发，乙最少中4 4发发。D.D.甲最多中甲最多中1 1发或乙最少中发或乙最少中4 4发发。表示（表示（）解：设解：设x表示击中发数，表示击中发数，y表示乙击中发数，则表示乙击中发数，则所以所以故故表示表示“甲最多中甲最多中1发或发或乙最少中乙最少中4 4发发”。例例3（课本例（课本例4）某射手连续）某射手连续3次向某一目标射击。用次向某一目标射击。用“1”表表示击中，示击中，“0”表示未击中，其样本空间可表示未击中，

11、其样本空间可用树状图用树状图表示表示如下如下：根根10110011110000 每一个实验结果可以用一每一个实验结果可以用一个末端的树叶表示，或等价个末端的树叶表示，或等价的用由树叶到根部的一个路的用由树叶到根部的一个路径表示。径表示。树状图的优点是可以表示树状图的优点是可以表示实验的顺序特征。实验的顺序特征。“第一次击中目标第一次击中目标”表示为：表示为：(1,1,1),(1,1,0),(1,0,1),(1,0,0)而而(1,1,0),(1,0,0),0,1,0),(0,0,0)表示表示“第三次没有击中第三次没有击中”自学：课本例自学：课本例4例例7练习练习1 1：若若A A表示表示“甲产品

12、是优质品，乙产品是合格品甲产品是优质品，乙产品是合格品”，则，则A.A.甲产品是合格品，乙产品是优质品甲产品是合格品，乙产品是优质品 B.B.甲产品不是优质品，乙产品不是合格品甲产品不是优质品，乙产品不是合格品D.D.甲产品不是优质品或乙产品不是合格品甲产品不是优质品或乙产品不是合格品表示表示 （）练习练习2 2：袋子中有一个黑球，两个白球，：袋子中有一个黑球，两个白球，3 3个红球，无放回取两个红球，无放回取两次，用树状图表示样本空间。次，用树状图表示样本空间。根根红红红红红红红红白白白白白白白白黑黑黑黑黑黑1.2.6 概率律的定义概率律的定义假定我们已经确定了样本空间假定我们已经确定了样本

13、空间以及与之联系的实验，为了刻画以及与之联系的实验，为了刻画每一个结果或结果的集合（事件）的似然程度，对每一个事件每一个结果或结果的集合（事件）的似然程度，对每一个事件A,确定一个数确定一个数P(A)与之对应，称为事件与之对应，称为事件A的概率，如果满足下面几的概率，如果满足下面几条公理：条公理：概率公理：概率公理：（1）（非负性）对一切事件）（非负性）对一切事件A，满足，满足 （2）（可加性）设）（可加性）设A和和B是两个是两个互不相容的事件互不相容的事件（互不互不相交的集合相交的集合），则他们的并满足），则他们的并满足更一般的，若更一般的，若是一个互不相容的事件序列，则他们是一个互不相容的

14、事件序列，则他们的并满足的并满足（3）（归一化）整个样本空间）（归一化）整个样本空间（必然事件）的概率为（必然事件）的概率为1 1、为了形象的理解概率的概念，可以把样本空间中的实验、为了形象的理解概率的概念，可以把样本空间中的实验结果看成是质点每个质点有一个质量。结果看成是质点每个质点有一个质量。P(A)就是这个质点集合的就是这个质点集合的总质量，而全空间的总质量为总质量，而全空间的总质量为1.这样，可加性的公理理解为：不这样，可加性的公理理解为：不相交的事件序列的总质量等于各个事件的质量总和。相交的事件序列的总质量等于各个事件的质量总和。2、概率更具体的解释是频率。例如、概率更具体的解释是频

15、率。例如P(A)=2/3表示：在大量表示：在大量重复试验中事件重复试验中事件A出现的频率约为出现的频率约为2/3.(p8投硬币实验）投硬币实验）3、概率的很多性质没有包含在公理中，但可以从公理系统、概率的很多性质没有包含在公理中，但可以从公理系统中推导出来。例如，由可加性和归一性可得：中推导出来。例如，由可加性和归一性可得：由此可知空事件（不可能事件）的概率为由此可知空事件（不可能事件）的概率为0，即，即又如：又如：1.2.7 离散概率模型与古典概型离散概率模型与古典概型 例例 考虑抛掷一枚硬币。共两个结果：正面向上考虑抛掷一枚硬币。共两个结果：正面向上H和反面向上和反面向上T，样本空间为，样

16、本空间为=H,T,事件为事件为 H,T，H，T，若硬币均匀，则两面出现机会相同，由可加性和归一性可知：若硬币均匀，则两面出现机会相同，由可加性和归一性可知：P(H,T)=P(H)+P(T)=1由此可得概率律：由此可得概率律：P(H,T)=1，P(H)=0.5，P(T)=0.5，P()=0 考虑另一个试验：依次抛掷三枚硬币，样本空间为：考虑另一个试验：依次抛掷三枚硬币，样本空间为：=HHH,HHT,HTH,HTT,THH,THT,TTH,TTT.假定上述假定上述8种结果可能性相同，每个结果出现的概率为种结果可能性相同，每个结果出现的概率为1/8.现利用三条公理建立概率。例如事件：现利用三条公理建

17、立概率。例如事件：A=两个正面向上，一个反面向上两个正面向上，一个反面向上=HHT,HTH,THH利用可加性：利用可加性：P(HHT,HTH,THH)=P(HHT)+P(HTH+P(THH)=1/8+1/8+1/8=3/8相似的，任何事件的概率等于相似的，任何事件的概率等于1/8乘以该事件包含的结果数。乘以该事件包含的结果数。离散概率律离散概率律 设样本空间由有限个可能结果组成，则事件的概率可由组成设样本空间由有限个可能结果组成，则事件的概率可由组成这个事件的实验结果（样本点或基本事件）的概率所决定。即：这个事件的实验结果（样本点或基本事件）的概率所决定。即：若每个实验结果是等概率的，利用归一

18、化定理的若每个实验结果是等概率的，利用归一化定理的得到：得到：离散均匀概率律（古典概型）离散均匀概率律（古典概型）设样本空间由设样本空间由n个等可能性的试验结果组成，则个等可能性的试验结果组成，则 古典概型中必须清楚概率空间及这个事件包含的结果数（基古典概型中必须清楚概率空间及这个事件包含的结果数（基本事件数）本事件数）解解:基本事件总数为基本事件总数为 (1)A含有的基本事件总数为含有的基本事件总数为 (2)B含有的基本事件总数为含有的基本事件总数为 例例1有有10只晶体管只晶体管,其中有其中有2只次品只次品,从中随机地抽取从中随机地抽取3只只,求求:(1)其中恰有其中恰有1只次品的概率只次

19、品的概率P(A);(2)其中至少有其中至少有1只次品的概率只次品的概率P(B).所以所以 例例2一部五卷的文集按任意顺序放到书架上一部五卷的文集按任意顺序放到书架上,求下列事件的概率求下列事件的概率:(1)A=“各卷自左向右或自右向左的卷号恰为各卷自左向右或自右向左的卷号恰为1,2,3,4,5”;(2)B=“第一卷及第五卷分别在两端第一卷及第五卷分别在两端”.解解 基本事件总数为基本事件总数为(1)事件事件A包含两个基本事件，所以包含两个基本事件，所以(2)事件事件B包含包含个基本事件，所以个基本事件，所以例例3 有三个打字员为四个科室服务有三个打字员为四个科室服务,如果四个科室各有一份如果四

20、个科室各有一份文件要打字文件要打字,且各科室对打字员的选择是随机的且各科室对打字员的选择是随机的,试求试求:(1)四个科室把任务交给同一个打字员的概率四个科室把任务交给同一个打字员的概率;(2)每个打字员都有任务的概率每个打字员都有任务的概率.解解:基本事件总数为基本事件总数为（1）事件）事件A包含的基本事件总数为包含的基本事件总数为所以所以（2）事件）事件B包含的基本事件总数为包含的基本事件总数为所以所以例例4 假设有假设有100件产品件产品,其中有其中有60件一等品件一等品,30件二等品件二等品,10件三等品件三等品.(1)从中随机一次抽取两件从中随机一次抽取两件,求两件均为一等品的概率求

21、两件均为一等品的概率;(2)从中每次随机抽取从中每次随机抽取1件件,连续两次连续两次,求抽到两件一等品的概率求抽到两件一等品的概率;解解(1)略略 (2)分为两种情形分为两种情形:重复抽样重复抽样(有放回抽样有放回抽样),基本事件总数基本事件总数1002,A所含基本事件个数为所含基本事件个数为602,所以所以不重复抽样不重复抽样(无放回抽样无放回抽样)基本事件总数为基本事件总数为10099,A所含的基本所含的基本事件个数为事件个数为6059,所以所以1.2.8连续模型连续模型 例例1 赌场中有一种叫做幸运轮的赌具，在轮子上有均匀连续的赌场中有一种叫做幸运轮的赌具，在轮子上有均匀连续的刻度，范围

22、为刻度，范围为01,。当转动的轮子停止时，固定的指针会留在刻。当转动的轮子停止时，固定的指针会留在刻度上。这样，产生的实验结果是度上。这样，产生的实验结果是0,1之间的一个数，是指针所之间的一个数，是指针所指向的位置的刻度。指向的位置的刻度。因此样本空间为因此样本空间为=0,1。假如轮子是均匀的，可以认为轮子上的每一个点在实验中都假如轮子是均匀的，可以认为轮子上的每一个点在实验中都是等可能的。但一个单点在试验中出现的可能性是多大呢？是等可能的。但一个单点在试验中出现的可能性是多大呢？它不可能是正数。否则的话，若单点出现的概率为正，看利用可它不可能是正数。否则的话，若单点出现的概率为正，看利用可

23、加性，可导致某些事件的概率大于加性，可导致某些事件的概率大于1的荒谬结论。的荒谬结论。因此，单点所组成的事件的概率必定为因此，单点所组成的事件的概率必定为0.对于连续模型，若每一个结果在试验中的出现是等可能的，称对于连续模型，若每一个结果在试验中的出现是等可能的，称为为几何概型几何概型，并且有：，并且有：例例2 两人相约于两人相约于8时至时至9时在某地会面时在某地会面,先到者等候另一人先到者等候另一人15分钟分钟后即可离开后即可离开,求两人能够会面的概率求两人能够会面的概率.(p13)解解:依题意依题意,两人在两人在8时至时至9时的任意时刻到达时的任意时刻到达,用用x,y分别表示两人分别表示两

24、人到达的时刻到达的时刻(单位单位:分分),则则(x,y)分别在区间分别在区间0,60上取值上取值,于是于是,=(x,y)|0 x60,0y60yx6015015 60 设设A表示表示“两人能够会面两人能够会面”,则则A发生等价发生等价于于(x,y)落在落在G上上,G=(x,y)|x-y|15,故故例例7平面上画有彼此间距为平面上画有彼此间距为2a的平行线的平行线,向平面任意投一长为向平面任意投一长为2L(La)的针的针,试求针与平行线相交的概率试求针与平行线相交的概率.(p14)解解:设设x表示从针的中点到最近一条平行线的距离表示从针的中点到最近一条平行线的距离,表示针与此线表示针与此线的夹角

25、的夹角.x取值为取值为0,a,取值为取值为0,如图如图:=(x,)|0 xa,0 2ax设设A表示表示“针与平行线相交针与平行线相交”,则则=(x,)|0 xLsin0 ax1.2.9概率律的性质概率律的性质a）若）若A B，则，则P(B-A)=P(B)-P(A)b)c)d)e)或或ABABC 例例1、某班有、某班有n个人（个人（n365)，求这，求这n个人中至少两个人的生个人中至少两个人的生日是同一天的概率。日是同一天的概率。n=23，p（A）=0.507n=50，p（A）=0.970n=100，p（A）=0.9999967设设A=“至少有两个人的生日在同一天至少有两个人的生日在同一天”则则

26、“任何两人任何两人的生日的生日不在同一天不在同一天”，含有，含有解：基本事件的总数为解：基本事件的总数为个基本事件个基本事件所以所以 例例2 一部一部5卷文集任意排在书架上，求第一卷排在左端或第五卷文集任意排在书架上，求第一卷排在左端或第五卷排在右端的概率卷排在右端的概率设设A=“第一卷安排在左端第一卷安排在左端”，B=“第五卷排在右端第五卷排在右端”解：解：基本事件总数为基本事件总数为5！“第一卷排在左端或第五卷排在右端第一卷排在左端或第五卷排在右端”练习：练习：随机掷两颗均匀的骰子，随机掷两颗均匀的骰子，A A表示表示“出现的点数之和为奇出现的点数之和为奇数数”，B B表示表示“至少有一颗

27、出现至少有一颗出现1 1点，则点，则例例3 设某单位订有甲乙丙三种报纸设某单位订有甲乙丙三种报纸,据估计据估计,该单位职工中该单位职工中,有有20%读甲报读甲报,16%读乙报读乙报,14%读丙报读丙报;其中其中8%兼读甲乙报兼读甲乙报,5%兼读甲兼读甲丙报丙报,4%兼读乙丙报兼读乙丙报;又有又有2%兼读三种报兼读三种报,求该单位职工至少读一求该单位职工至少读一种报纸的概率种报纸的概率.解解:设设A1=“读甲报读甲报”,A2=“读乙报读乙报”,A3=“读丙报读丙报”,则则 A1 A2=“兼读甲乙报兼读甲乙报”,A1 A3=“兼读甲丙报兼读甲丙报”,A2 A3=“兼读乙丙报兼读乙丙报”,A1 A2

28、 A3=“兼读甲乙丙报兼读甲乙丙报”,P(A1+A2+A3)=P(A1)+P(A2)+P(A3)-P(A1 A2)-P(A1 A3)-P(A2 A3)+P(A1 A2 A3)=0.2+0.16+0.14-0.08-0.05-0.04+0.0=0.35例例4 假设假设A发生的概率为发生的概率为0.6,A与与B都发生的概率为都发生的概率为0.1,A与与B都不都不发发 生的概率为生的概率为0.15,求求 (1)A发生但发生但B不发生的概率不发生的概率.(2)B发生但发生但A不发生的概率不发生的概率.(3)A与与B至少有一个发生的概率至少有一个发生的概率.ABBA解解:（右图）（右图）故故得得所以所以(1)(2)(3)