概率初步

一、古典概型

1.随机试验

若试验满足以下条件:
(1) 试验可在相同条件下重复进行;
(2) 试验的结果具有很多可能性;
(3) 试验前不能确切知道会出现何种结果, 只知道所有可能出现的结果.
这样的试验叫作随机试验, 简称试验, 记为E

2.随机事件

在一定条件下可能发生也可能不发生的事件称为随机事件。常记为A, B, C, ••••

3.基本事件、 必然事件、 不可能事

由一个样本点组成的单点集, 称为基本事件, 基本事件也叫样本点.
样本空间包含所有样本点.
在每次试验中总是要发生的事件, 称为必然事件.
每次试验中一定不发生的事件, 称为不可能事件, 记为\emptyset

4.概率的定义

随机事件A发生的可能性大小的度量值称为事件A的概率, 记为P(A)

一次试验中可能出现的每一个结果(事件A)称为一个基本事件.三种事件都是在 “一定条件下” 发生的, 当条件改变时, 事件的性质也可以发生变化

5.概率的性质

  • 设有有限个两两互斥的事件A_1,A_2,A_3,...A_n,则P(\cup^n_{i-1} A_i)=\sum_{i=1}^nP(A_i)
  • \overline{A}是A的对立事件,则P(\overline{A})=1-P(A)

6.古典概型

随机试验E具有以下两特征:

  • 样本空间的元素(即基本事件)只有有限个;
  • 每个基本事件出现的可能性是相等的.

则称E为古典概型试验

7.计算公式

在古典概型的情况下,事件A的概率定义为:
P(A)=\frac{事件A包含的基本事件数k}{样本空间中基本事件总数n}

对于古典概率, 需要用排列组合分别计算分子和分母的情况数, 然后用比值表示发生的概率.
古典概型的分母相当于总情况数, 比较容易求解, 分子求解难度较大

总结:

  • 随机试验的所有结果,每个结果称为基本事件(元素)
  • 将所有的结果(基本事件-元素),放到一个集合中 为 样本空间
  • 样本空间的子集 称为 随机事件(集合)(每个子集内部的元素是有限个而且是确定的)
  • 不可能事件:空集
  • 必然事件:全集
  • 随机事件的关系:子集和子集之间的关系
  • 互斥事件:子集和子集之间没有交集
  • 对立事件:反面求解(补集思想)1-P(A)

二、独立事件

如果两事件中任一事件的发生不影响另一事件的概率, 则称这两个事件是相互独立的
若P(AB) =P(A)P(B),则称两个事件A和B是相互独立的.

相互独立事件同时发生的概率=每个事件发生的概率相乘.

常用结论:

  • 如果事件A_1,A_2,...A_n相互独立, 那么这n个事件同时发生的概率等于每个事件
    发生的概率的积,P(A_1A_2...A_n)=P(A_1)·P(A_2)·....·P(A_n)
  • 如果事件A_1,A_2,...A_n相互独立, 那么这n个事件都不发生的概率等于每个事件
    不发生的概率的积,P(\overline{A_1}\overline{A_2}....\overline{A_n})=P(\overline{A_1})·P(\overline{A_2})·....·P(\overline{A_n})
  • 如果事件A_1,A_2,...A_n相互独立, 那么这n个事件至少有一个发生的概率,可以
    从其反面求解, 它等于1减每个事件都不发生的概率的积, P(A_1+A_2+...+A_n)=1-P(\overline{A_1})·P(\overline{A_2})·....·P(\overline{A_n})

两个独立事件模版:甲乙成功的概率分别为p_1和p_2

  • 甲乙都成功的概率:p_1·p_2
  • 甲乙都不成功的概率:(1-p_1)·(1-p_2)
  • 甲乙至少有一个成功的概率:1-(1-p_1)·(1-p_2)
  • 甲乙恰有一个成功的概率:p_1·(1-p_2)+p_2·(1-p_1)

三个独立事件模板:甲乙丙成功的概率分别为p_1,p_2,p_3

  • 三人都成功的概率:p_1·p_2·p_3
  • 三人都不成功的概率:(1-p_1)·(1-p_2)·(1-p_3)
  • 三人至少有一个成功的概率:1-(1-p_1)·(1-p_2)·(1-p_3)
  • 恰有两个人成功的概率:p_1·p_2·(1-p_3)+p_1·p_3·(1-p_2)+p_2·p_3·(1-p_1)
  • 至多有两人成功的概率:1-p_1·p_2·p_3

三、古典概率

1.取样古典概率

取样方式 = \begin{cases} 逐次取样 \begin{cases} 有放回取样:样本不变 C_n^1C_n^1C_n^1...\\ 无放回取样: 样本逐一减少C_n^1C_{n-1}^1C_{n-2}^1...\ \end{cases} \\ 一次取样:所取元素不考虑顺序 C_n^m\\ \end{cases}

3黑3白取两球

  • 一次取一黑一白:\frac{C_3^1C_3^1}{C_6^2}
  • 逐次不放回的取一黑一白:\frac{C_3^1C_3^1+C_3^1C_3^1}{C_6^1C_5^1}
  • 逐次放回的取一黑一白:\frac{C_3^1C_3^1+C_3^1C_3^1}{C_6^1C_6^1}

一次取和不放回的逐次取概率相等

2.分房古典概率

1.房间可空

如果房间可空(房间中的人数无限制), 则需要用方幕法,
公式为: m个人去n个房间, 有n^m种方法.

分母:方幂法,识别元素和对象,对象作为底数,元素作为次数
分子:固定房间,对着房间(对象)选人(元素)

  • 先选房--若房间指定,则不需要选取
  • 再选人--若人指定,则不选人
  • 人排序--n个人去n个房间A_n^n,只有一个房间,则直接将人放入即可
  • 其余人如果没有要求,继续方幂
2.房间不可空

如果房间不可空(或房间中的人数有限制), 则需要先分堆(重复的堆要记得消序), 再排序, 此时不能用方幕法。

  • 对于试密码的考题, 第k次尝试成功意味着前k-1次没有成功

四、伯努利公式

1.独立重复试验

在相同条件下, 将某试验重复进行n次, 且每次试验中任何一事件的概率不受其他次试验结果的影响, 此种试验称为n次独立重复试验.

2.伯努利公式

如果在一次试验中某事件发生的概率是p,那么在n次独立重复试验中这个事件恰好发生k次的概率是:P_n(k)=C_n^kp^k(1-p)^{n-k},k=0,1,2,3,4...,n

特殊情况

  • k=n时,即在n次独立重复试验中事件A全部发生,概率为P_n(n)=C_n^np^n(1-p)^0=p^n
  • k=0时,即在n次独立重复试验中事件A没有发生, 概率为P_n(0)=C_n^0p^0(1-p)^n=(1-p)^n

应用:对于多次或多个对象的独立事件, 当每次概率相同时, 可以套伯努利公式求解

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