Слайд 1Теория вероятностей и математическая статистика
Доц.Лаптева Надежда Александровна
Лекция 1
§1. Элементы комбинаторики. Комбинаторика
изучает число комбинаций из предметов.
Слайд 2Пример. Всего 10 цифр. Сколькими способами можно составить трехзначный номер?
Слайд 33.Сочетания
Разные предметы, порядок не важен.
Пример. В группе 20 человек. Сколькими способами
можно выбрать
трех делегатов на конференцию?
Слайд 44.Размещения с повторениями.
Все важно – и порядок, и предметы, причем
их можно повторять.
Слайд 52. Случайные события.
Определение 1. Событие называется случайным, если оно может произойти,
а может не произойти. Обозначение событий --
Пример 2. Бросаем кубик. Цифры 1,2,3,4,5,6 – случайны.
Пример 1. Бросаем монету. Событие «выпадет герб» является случайным.
Слайд 6Испытание – это создание условий для возможного события. Например, бросить кость,
бросить монету и т.д.
Пример. Бросаем монету. Герб или цифра --- несовместные события.
Определение 2. Два события называются несовместными, если они не могут произойти вместе.
Кубик будем называть игральной костью.
Пусть задана система из нескольких случайных событий. И пусть все они попарно несовместны. Пусть при испытании обязано появиться одно и только одно из них. Тогда говорят, что задана полная группа событий.
Определение 3.
Слайд 8Пример 2. Кубик с шестью гранями состоит из шести цифр, то
есть на каждой грани написана одна цифра. Эти цифры --- полная группа событий.
Пример 1. Герб и цифра --- полная группа при бросании монеты.
Слайд 9Определение 4. Пусть задана полная группа из событий
И пусть ни одному из них не отдается предпочтения.
Слайд 10События из полной группы несовместных событий часто называют элементарными.
Из элементарных
событий составляют более сложные события --- составные.
Слайд 11Если событие состоит из нескольких элементарных, то
составляющие его элементарные события называют благоприятными.
Их число обозначим
Общее число всех элементарных событий в полной группе равновозможных событий обозначим
Слайд 12Классическое определение вероятности.
Пусть имеется полная группа равновозможных несовместных событий. Их число
И пусть случайное событие состоит из
элементарных событий.
Слайд 13Следствие 1. Вероятность невозможного события равна нулю.
Слайд 14Следствие 2. Вероятность достоверного события равна единице.
Слайд 17Примеры непосредственного вычисления вероятностей случайных событий.
Формула
Слайд 18Пример 1. Брошена игральная кость. Какова вероятность выпадения простого числа?
Перечислим
все простые числа от 1 до 6. Это 1,2,3,5.
Слайд 19Пример 2. Брошен кубик два раза подряд. Какова вероятность, что оба
раза выпадут четные числа?
Слайд 20Правило умножения.
Если комбинация состоит из вариантов, каждый вариант
состоит из
других вариантов то пара
состоит из вариантов.
Слайд 21Вычислим , то есть перечислим
пары
Слайд 22Лекция №2
Геометрическая вероятность
На прошлой лекции было введено классическое определение вероятности. Еще
в начале развития теории вероятностей была замечена недостаточность этого определения, так как оно предполагает конечное число исходов. Легко придумать пример с бесконечным числом исходов.
Слайд 23Например, попадание иглы в точку отрезка. Подобные задачи приводят к понятию
геометрической вероятности.
Задача. В так называемый “квадрат рассеяния” со стороной 60 метров падают снаряды. Считаем, что попадание во все точки квадрата равновероятно. В квадрате находится мост размером 30 метров на 20 метров. Какова вероятность попасть в мост?
Слайд 25Здесь -- площадь моста, а
-- площадь квадрата.
Слайд 26Таких полос на квадрате находится 6. Считаем, что попадание в каждую
такую
полосу равновероятно и равно
Слайд 27
Определение. Пусть даны два множества
Считаем, что всегда попадаем в множество
Тогда вероятность попасть в множество равна
Слайд 29Замечание. Каждая область состоит из точек. Пусть
-- точка. Какова вероятность попасть в точку
Так как любая мера точки есть нуль, то
Такая вероятность называется геометрической вероятностью и приписывается множеству любой размерности.
Слайд 30Такие события называются невозможными.
Итак, бросая иглу, мы попадем в точку,
но вероятность попадания в точку есть нуль, то есть событие невозможное. Приведенное противоречие – один из примеров «парадоксов бесконечности».
Слайд 31Пример. В круге радиуса наудачу появляется точка.
Определить
вероятность того, что она попадает в одну из двух непересекающихся фигур, площади которых равны
Слайд 32Задача о встрече.
Два лица условились встретиться в
определенном месте между 12
и 13 часами. Пришедший первым ждет другого в течение 20 минут, после чего уходит. Чему равна вероятность встречи лиц и
Если приход каждого из них может произойти наудачу и моменты прихода независимы.
Слайд 33Решение. Обозначим моменты прихода лица через
и лица
через
Слайд 34Станем изображать как координаты на плоскости,
в качестве единицы масштаба выберем минуту.
Слайд 35Благоприятные исходы расположены в заштрихованной области.
Слайд 36Операции над
случайными событиями
Геометрическое определение вероятности дает возможность привлечь множества
и операции над ними, именно, объединение и пересечение.
Слайд 38Определение 1. Пусть
Суммой случайных событий называется третье событие
состоящее в наступлении хотя бы одного из первых двух событий.
Слайд 39Лекция №3
Операции над случайными событиями
Формула сложения вероятностей
Рассмотрим площадь
Слайд 40Тогда, так как
получаем
Разделим обе части на площадь
Слайд 41Определение. Для несовместных событий формула сложения вероятностей принимает вид
Слайд 42Пример. Стрелок производит выстрел по мишени, состоящей из двух колец: 10
и 9. Вероятность попадания в 10 равна
Вероятность попадания в 9 равна
Какова вероятность попасть в мишень?
Слайд 432. Условная вероятность.
означает вероятность события при условии, что событие произошло.
Пример. Брошены две игральные кости. Чему равна вероятность, что сумма выпавших очков равна 8 (событие ), если известно, что выпадает четное число (событие )?
Слайд 44Рассмотрим все благоприятные исходы
2+6
6+2 4+4 3+5 5+3
Слайд 46Пример. Два стрелка независимо друг от друга стреляют по цели. Вероятность
попадания для первого
для второго
Найти вероятности следующих событий.
А) оба стрелка попадут в цель.
Слайд 47Это значит, что первый попадает и второй не попадает или наоборот,
то есть второй попадает и первый не попадает. В этом случае
В) только один попадет в цель.
Слайд 48С) Хотя бы один попал в цель.
Рассмотрим противоположное событие:
оба не попали в цель.
Слайд 493. Формула полной вероятности
Пусть даны два события
и
причем является суммой новых событий:
то
получаем формулу, которая называется формулой полной вероятности
Слайд 52Пример. В группе спортсменов
5 лыжников,
6
велосипедистов и
4 бегуна.
Вероятность выполнить квалификационную норму:
для лыжника – 0,9;
для велосипедиста – 0,8;
для бегуна – 0,75.
Найти вероятность, что спортсмен, выбранный наудачу, выполнит норму.
Слайд 53Введем событие
--- спортсмен выполнит
норму.
Гипотезы:
--- лыжник,
--- велосипедист,
--- бегун.
Слайд 564. Повторные испытания.
Формула Бернулли
Слайд 57Например, стреляя в одну мишень, можем получить
(попал, не попал, попал).
Получилось новое событие, которое называется повторным испытанием.
Слайд 58Обобщим приведенный пример, произведя испытаний.
Слайд 59Однако, событие может появляться и в другой последовательности
а может
и в другой.
Слайд 60Теорема. Вероятность того, что в серии из испытаний событие
появится раз, вычисляется по формуле Бернулли
Слайд 61Вероятность того, что событие
произойдет
не менее раз в серии из опытов, вычисляется по формуле
Слайд 62Пример. Какова вероятность, что в семье, имеющей 5 детей, будут 2
мальчика? Вероятности рождения детей считать одинаковыми.
Слайд 63 Лекция №4
Локальная и интегральная
теоремы Лапласа
Слайд 64Теорема 1 (локальная теорема Лапласа).
где
Слайд 65Теорема 2 (интегральная теорема Лапласа).
Вероятность
того, что событие наступит от до раз в серии из одинаковых независимых испытаний приближенно вычисляется по формуле Лапласа
Слайд 67Пример 1. Вероятность поражения мишени при одном выстреле равна 0,8. Найти
вероятность того, что при 100 выстрелах мишень будет поражена ровно 75 раз.
Слайд 69Пример 2. Вероятность поражения мишени при одном выстреле равна 0,8.
Найдите
вероятность того, что при 100 выстрелах мишень будет поражена не менее 75 и не более 90 раз.
Слайд 70Значения функции находим по
таблице 2.
Запомните:
Слайд 713.Формула Пуассона.
Пусть --- вероятность события
в каждом испытании.
Слайд 72Замечание. Формула Пуассона тем точнее, чем меньше
и больше причем
Пример. Учебник издан тиражом 100000 экземпляров. Вероятность того, что учебник сброшюрован неправильно, равна 0,0001. Найти вероятность того, что тираж содержит ровно 5 бракованных книг.
Слайд 74Самостоятельная работа
Задача №1.
Найти вероятность того, что событие наступит
1400 раз в 2400 испытаниях, если появления этого события в каждом испытании равна 0,6.
Задача №2. Вероятность появления события в каждом из 100 независимых испытаний равна 0,8. Какова вероятность, что событие появится не более 74 раз?
Слайд 75Лекция №5
Дискретная случайная величина
Слайд 76Закон распределения или ряд распределения дискретной случайной величины задается в виде
таблицы
Слайд 77Многоугольник распределения
В системе координат стоят точки
где Соединяют эти точки последовательно прямыми. Получают ломаную, которую и называют многоугольником распределения.
Слайд 79Пример 1. Два стрелка стреляют по цели по одному разу. Вероятность
попадания:
для первого стрелка 0,6;
для второго – 0,7.
Найдите закон распределения и постройте многоугольник распределения.
Слайд 80Пусть -- число попаданий.
-- случайная
величина, принимает значения 0, 1, 2.
Найдем соответствующие вероятности.
Ноль попаданий:
(первый не попал и второй не попал)
Слайд 81Одно попадание
(первый попал и второй не попал, или
первый
не попал и второй попал):
Два попадания (первый попал и второй попал):
Слайд 86Числовые характеристики дискретной случайной величины
Задача. Автомат режет гвозди из проволоки. Всего
100 гвоздей. 50 гвоздей длиной 10 см; 40 гвоздей – 9 см; 10 гвоздей – 11 см. Найти среднюю длину гвоздя.
Слайд 87А теперь введем случайную величину
– длина гвоздя.
Составим ряд распределения.
Слайд 88Определение. Математическим ожиданием случайной величины называется число
Слайд 90Дисперсия
Пример. – случайные величины:
Но разбросы от среднего значения разные.
Слайд 95Примеры законов распределения
1) Биномиальный закон
Слайд 962) Закон Пуассона
Если велико, а вероятность
появления события в каждом испытании очень мала, то
где
Слайд 9728.02.11 Контрольная работа №1
Аудитория
Дома
Рушайло М.Ф.
Жукова Г.С.
(часть II)
Рушайло М.Ф.
Жукова Г.С.
(часть II)
Слайд 981.03.11 Контрольная работа №2
Аудитория
Дома
Рушайло М.Ф.
Жукова Г.С.
(часть II)
Рушайло М.Ф.
Жукова Г.С.
(часть II)