概率的古典定义与实例

二、概率的古典定义与实例

定义2 若在某随机现象的试验中共有n个等可能的样本点,而随机事件A是由其中的m(0≤m≤n)个样本点所组成,则事件A的概率是

概率的古典定义与统计定义是一致的.事实上,若设Ω={ω1,ω2,…,ωn}为古典型随机试验的样本空间,A是含有m个样本点的事件(A⊂Ω),即A={ωi1,ωi2,…,ωim}.由于每个样本点出现的可能性相等,而事件的统计概率是反映事件发生的可能性大小的客观度量,所以各样本点的统计概率应相等.由统计概率的性质

从而

这就说明事件A的统计概率与古典概率是相等的.

例7 将一颗均匀的骰子掷两次,观察其先后出现的点数.设A表示事件“两次掷出的点数之和为5”,B表示事件“两次掷出的点数中一个恰是另一个的两倍”.试求P(A)和P(B).

解 随机试验的样本空间为

其中(i,j)表示“第一次掷出的点数为i,第二次掷出的点数为j”这一样本点.Ω中包含36个样本点,且由骰子的对称性知,每个样本点发生的可能性相同.因为A={(1,4),(2,3),(3,2),(4,1)},B={(1,2),(2,4),(3,6)(2,1),(4,2),(6,3)},所以由(1.1)式,得

计算古典概型中事件A的概率时,如果样本点较多或问题比较复杂,一般不再将Ω中的样本点全列出来,而只需分别求出Ω中与A中所包含的样本点的个数,再由(1.1)即可求出A的概率,但这常需要利用排列与组合的知识.

例8 随机地将15名新生平均分配到三个班级中去,这15名新生中有3名是优秀生,试问:

(1)每个班级各分配到一名优秀生的概率是多少?

(2)3名优秀生分在同一班级的概率是多少?

解 设 A1={每个班级各分配到一名优秀生},

A2={3名优秀生分在同一个班级}.

先从15名新生中选5名分配到第一个班级有种分法,然后从剩下的10名新生中选5名分配到第二个班级有种分法,剩下的5名新生分配到第三个班级,故由乘法原理知样本点总数为··.

例9 箱子里有N件产品,其中有N1件正品和N2件次品(N1+N2=N),从中任意抽取n件产品,求事件“抽出的n件产品中有n1件正品(n2=n-n1件次品)”A的概率,抽取方式为

(1)有放回抽取(每次取一件,取后放回;再任取一件,共取n次);

(2)无放回抽取(每次取一件,取后不放回,共取n次,相当于一次抽取n件).

(2)无放回抽取时,样本点是从N个元素中选取n个的选排列,即ω=(a1,a2,…,an).因此样本点总数为

同理,事件A所含样本点个数为

显然各样本点的出现是等可能的,故

例10 将n个人随机地分配到N(n≤N)个房间里,每个房间容纳的人数不限.试求下列各事件的概率:

(1)A:“某指定的n个房间中各有一人”;

(2)B:“恰有n个房间,其中各有一人”;

(3)C:“某一指定的房间中恰有k人”.

解 由于每个人都可分配到N个房间的任一间,所以将n个人分配到N个房间里去有Nn种分法,每一种分法是一样本点,即样本点有Nn个.由于分法的任意性,各样本点的出现是等可能的.

(1)将n个人分配到指定的n个房间,每个房间一人,共有n!种分法,即A含有n!个样本点,故

(2)由于n个房间可以是任意的,即是从N个房间中随机选出来,其选法共有种;对于每选定的n个房间,每一房间分配一个人的方法有n!种,故B包含的样本点个数为·n!,于是得到

(3)指定房间分配的k人可以从n个人中任意选出,有种选法,剩下的n-k人可以任意分配到其余的N-1个房间,有(N-1)n-k种分法,故C包含了·(N-1)n-k个样本点,所以

例11 袋中有a个红球、b个白球,现在把球随机地一个个摸出来,求第k次摸出的一个球是红球的概率(1≤k≤a+b).

解 以A表示事件“第k次摸出的一个球是红球”这一事件.把a个红球及b个白球都看作是不同的(比如设想它们都编了号),若把摸出的球依次放在排列成一直线的a+b个位置上,则可能的排列法相当于把a+b个元素进行全排列.将每一种排列法作为一个样本点,那么各样本点的出现是等可能的,样本点总数为(a+b)!,下面求事件A所包含的样本点个数,由于第k次摸得红球有a种取法,而另外(a+b-1)次摸球相当于a+b-1个球进行全排列,有(a+b-1)!种方法,故事件A所包含的样本点个数为a×(a+b-1)!.于是

这个结果与k无关,它与我们日常生活中的经验是一致的.例如,在体育比赛中进行抽签,对各队机会均等,与抽签的先后次序无关.