不难验证,古典概型具有非负性、规范性和有限可加性。
利用古典概型的公式计算事件的概率关键是要求基本事件总数和A的有利事件数,则需要利用数列和组合的有关知识,且有一定的技巧性。 (一)
摸球问题
例1. 在盒子中有五个球(三个白球、二个黑球)从中任取两个。问取出的两个球都是白球的概率?一白、一黑的概率?
分析:说明它属于古典概型,从5个球中任取2个,共有C种不同取法,可以将每一种取法作为一个样点。则样本点总数C是有限的。由于摸球是随机的,因此样本点出现的可能性是相等的,因此这个问题是古典概型。
2525?,B=?取到的两个球一白一黑? 解:设A=?取到的两个球都是白球 基本事件总数为C
C32P?A??22C5 A的有利事件数为C3, 11C3C2??PA?11CC52。 3B的有利事件数为C2,
由此例我们初步体会到解古典概型问题的两个要点:
1.首先要判断问题是属于古典概型,即要判断样本空间是否有限和等可能性; 2.计算古典概型的关键是“记数”,这主要利用排列与组合的知识。
在古典概型时常利用摸球模型,因为古典概型中的大部分问题都能形象化地用摸球模型来描述,若把黑球做为废品,白球看为正品,则这个模型就可以描述产品的抽样检查问题,假如产品分为更多等级,例如一等品,二等品,三等品,等外品等等,则可以用更多有多种颜色的摸球模型来描述。
例2:在盒子中有十个相同的球,分别标为号码1,2,3,……,9,10,从中任摸一球,求此球的号码为偶数的概率。
25i? i?1,2,?,10 解一:令i??所取的球的号码为1,2.....10? 故基本事件总数n=10 则 ????, 因而A含有5个基本事件 令 A=?所取球的号码为偶数51?P(A)??102
?, 则A=?所取球的号码为奇数? 解二:令 A=?所取球的号码为偶数1?p(A)?2 因而 ??A,A,
??此例说明了在古典概型问题中,选取适当的样本空间,可使我们的解题变的简洁。
例3:一套五册的选集,随机地放到书架上,求各册书自左至右恰好成1,2,3,4,5的顺序的概率。
解:将五本书看成五各球,这就是一个摸球模型, 基本事件总数5!
各册自左向右或成自右向左恰好构成1,2,3,4,5顺序? 令 A=?21?P(A)??5!60 A包含的基本事件数为2,
例4:从52张扑克牌中取出13张牌来,问有5张黑桃、三张红心、3张方块、2张草花的概率是多少? 解:基本事件数为:C52
令A表示13张牌中有5张黑桃、3张红心、3张方块、2张草花
2533CC?C?C?13131313A包含的基本事件数为: 5332C13C13C13C1313C52?P(A)=?0.01293。
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(二)、分房问题
例5:设有n个人,每个人都等可能地被分配到N个房间中的任意一间去住(n≤N),求下列事件的概率: 1)A=?指定的n个房间各有一人住
?;
?。
2)B=?恰好有n个房间,其中各有一人住
解:因为每一个人有N个房间可供选择(没有限制每间房住多少人),所以n个人住的方式共有N种,它们是等可能的。
1)n个人都分到指定的n间房中去住,保证每间房中个有一人住;
第一人有n 分法,第二人有n-1种分法,……最后一人只能分到剩下的一间房中去住,共有 n(n-1)…….21种分法,即A含有n!个基本事件: n! ?P(A)=Nn
2)n个人都分到的n间房中,保证每间只要一人,共有n!种分法,而n间房未
nnCCNN指定,故可以从nN间房中任意选取,共有 种取法,故B包含了种取法。
CNn!?P(B)=Nn,又如在掷骰子试验中“出现一点”。
n注意:分房问题中的人与房子一般都是有个性的,这类问题是将人一个个地往房间里分配,处理实际问题时要分清什么是“人”,什么是“房子”,一般不可颠倒,常遇到的分房问题有:
n个人相同生日问题,n封信装入n个信封的问题(配对问题),掷骰子问题等,分房问题也称为球在盒子中的分布问题。
从上述几个例子可以看出,求解古典概型问题的关键是在寻找基本事件总数和有利事件数,有时正面求较困难时,可以转化求它的对立方面,要讲究一些技巧。
例6:某班级有n个人(n<365)问至少有两个人的生日在同一天的概率是多大? 解:假定一年按365天计算,将365天看成365个“房间”,那么问题就归结为摸球问题;
至少有两个人的生日在同一天? 则A的情况比较复杂(两人、三人……令 A=?在同一天),但A的对立事件 A??n个人的生日全不相同问题中的2)“恰有n个房间,其中各住一人”; nN!CNn!?P(A)?Nn=Nn(N?n)! (N=365)
? P(A)?P(A)?1
N!nN(N?n)!(N=365) P(A) ∴=1-
?,这就相当于分房
这个例子就是历史上有名的“生日问题”,对于不同的一些 n值,计算得相应的P(A) 如下表:
n 10 20 23 0.41 0.51 30 0.71 40 0.89 50 0.97 P(A) 0.12 表所列出的答案足以引起大家的惊奇,因为“一个班级中至少有两个人生日相同”这个事件发生的概率并不如发多数人想象的那样小,而是足够大,从表中可以看出,当班级人数达到23时,就有半数以上的班级会发生这件事情,而当班级人数达到50人时,竟有97% 的班级会发生上述事件,当然这里所讲的半数以上,有97% 都是对概率而言的,只是在大数次的情况下(就要求班级数相当多),才可以理解为频率。从这个例子告诉我们“直觉”并不可靠,从而更有力的说明
了研究随机现象统计规律的重要性。
例7:在电话号码簿中人取一个号码(电话号码由7个数字组成),求取到的号码是由完全不同的数字组成的概率?
解:此时将0-9这10个数子看成“房子”,电话号码看成“人”,这就可以归结为“分房问题(2)”。
令 A=?取到的号码有由完全不同的数字组成7P107则P(A)=10
?
当然这个问题也可以看成摸球问题,将这十个数字看成10个球,从中有放回的取7次,要求7次取得的号码都不相同。 (三)、随机取数问题
例8:从1,2,3,4,5这五个数中等可能地、有放回的连续抽取3个数字,试求下列事件的概率: A= ?三个数字完全不相同
P533330.48 解:基本事件数为:5, A的有利事件数为P5, 故P(A)=5=3333 B的有利事件数为3(三个数只能出现2,3,4),故P(B)=5=0.216
2C三个数字中5恰好出现两次,可以是三次中的任意两次,出现的方式为3?;
B= ?三个数字中不含1和5?;
C= ?三个数字中5恰好出现了两次?; D= ?三个数字中至少有一次出现5?。
1P4种,剩下的一个数只能从1,2,3,4中任意选一个数字,有种选法,故C的
C32P4112213C有利事件数为3P4,故 P(C)=5=125
事件D 包含了5出现了一次,5出现两次,5出现三次三种情况
11222133C1(P)C1PC3434+31 D 的有利事件数为:+133C31(P41)2?C3212P41?C31?0.48835 故P(D)=。
或可以转化为求D的对立事件D的概率
D=?三个数字中5一次也不出现
?说明三次抽取得都是在1,2,3,4中
4343任取一个数字,故含有4个基本事件P(D)=1-P(D)=1-5=0.488。
例9:在0,1,2,?,9这十个数字中无重复地任取4个数字,试求取得的4个数字能组成四位偶数的概率。
解:设 A=?取得的4个数字能组成四位偶数
?
44PP1010 从10个数中任取4个数字进行排列,共有种排列方式,所以共有个
基本事件。
3P下面考虑A包含的基本事件数,分两种情况考虑一种是0排在个位上,有912P41P8P8种,所以A包含的基本事件数为3112种选法,另一种是0不排在个位上,有P9?P4P8P8414P93+P41P81P82,故P(A)=P10=90?0.4556
或先从0,2,4,6,8这5个偶数中任选一个排在个位上,有P5种排法,
3P9然后从剩下的9 个数字中任取3个排在剩下的3个位臵上,有种排法,故个位31P?P59上是偶数的排法共有种,但在这种四个数字的排列中包含了“0”排在首
1位的情形,故应除去这种情况的排列数。
32111P?PPPP598故A的有利场合数为:-41
例10:任取一个正整数,求该数的平方数的末位数字是1的概率。
分析:不能将正整数的全体取为样本空间,这样的样本空间是无限的,谈上不等可能的。
解:因为一个正整数的平方的末位数只能取决于该正整数的末位数,它们可以是0,1,2……,9这十个数字中的任一个,现任取一个正整数的含义,就是这十个数字等可能地出现的,换句话说,取样本空间???0,1,2,?,9?。
记 A=?该数的平方的末位数字是1
?
那么A包含的基本事件为2,A=?1,9
21?105; 故P(A)=
?,
?,
该数的四次方的末位数字是1 , 则B=?1,3,7,942?105; P(B)=
C= ?该数的立方后的最后两位数字都是1
?
一个正整数的立方的最后两位数字取决于该数的最后的两位数字,所以样本空间含有10个样本点。
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