Вероятность и статистика в школьном курсе математики (стр. 9 )

Несовместные события

Пример 1. Несовместные события

Противоположные события несовместны

Попарно несовместные события

Пример 2. Несовместные попарно и в совокупности

Сколько элементов в объединении?

Формула сложения вероятностей для несовместных событий

Пример 3. Разноцветные шары

Обоснование формулы сложения

Доказательство формулы сложения в частном случае

Формула сложения в общем случае

Доказательство

Пример 4. Дама, король, пика

Пример 5. Хотя бы одна шестерка

	НЕОБХОДИМЫЕ СВЕДЕНИЯ
Непересекающиеся множества	Мы говорим, что два множества A и B не пересекаются, если у них нет общих элементов. Можно записать это в виде формулы: . На диаграмме Эйлера непересекающиеся множества выглядят так:
Несовместные события	Два события A и B называются несовместными, если они не могут наступить одновременно в результате одного и того же случайного эксперимента. На языке множеств это означает, что множества благоприятных исходов для A и B не пересекаются. Таким образом, термины непересекающиеся и несовместные обозначают одно и то же, только первый используется для множеств, а второй – для событий.
: Пример 1. Несовместные события	В следующих экспериментах пары событий A и B являются несовместными: a.  бросают монету: A = {орел}, B = {решка}; b.  бросают 2 кубика: A = {сумма очков нечетна}, B = {на кубиках выпало одинаковое число очков}; c.  из коробки, в которой 2 красных, 2 желтых и 2 зеленых шара вытаскивают 2 шара: A = {шары одного цвета}, B = {шары разных цветов}; d.  из той же коробки снова вытаскивают 2 шара: A = {оба шара красные}, B = {оба шара зеленые}.
	Заметим, что говорить о несовместности событий можно только в рамках одного эксперимента. Если в пункте a) указанные события A и B относятся к разным опытам, то говорить об их несовместности, разумеется, нельзя. Условия эксперимента тоже очень важны: стоит в пункте b) перейти от двух кубиков к трем, и события станут совместными.
Противоположные события несовместны	В приведенном примере можно выделить в особую категорию случаи a) и c) – в них события A и B являются не просто несовместными, а противоположными. Понятно, что противоположные события и всегда несовместны – ведь у них не может быть общих исходов по определению противоположного события (в входит все то, что не входит в ). Заметим, что обратное неверно: несовместные события вовсе не обязаны быть противоположными. Это подтверждают примеры b) и d).
Несовместные попарно и в совокупности	Если рассмотреть больше двух событий, то можно говорить об их попарной несовместности и несовместности в совокупности. Несколько событий называются попарно несовместными, если любые два из них несовместны: при любых . Несколько событий называются несовместными в совокупности, если они не могут наступить все одновременно, т. е. их общее пересечение пусто: . Из попарной несовместности, очевидно, следует несовместность в совокупности. А вот обратное – неверно. Это можно продемонстрировать на соответствующей диаграмме Эйлера:
: Пример 2. Несовместные попарно и в совокупности	Из коробки, в которой 2 красных, 2 желтых и 2 зеленых шара вытаскивают 2 шара. Рассмотрим три события: = {оба шара красные}; = {оба шара желтые}; = {оба шара зеленые}. Эти три события попарно несовместны (в совокупности - тем более). А теперь рассмотрим три других события: = {среди вынутых шаров есть красный}; = {среди вынутых шаров есть желтый}; = {среди вынутых шаров есть зеленый}. Интересно, что они уже будут попарно совместными, но несовместными в совокупности!
Сколько элементов в объединении?	Если множества A и B не пересекаются, то количество элементов в их объединении можно найти, если сложить количество элементов в множестве A и количество элементов в множестве B: (знаком в теории множеств обозначают количество элементов в множестве ). То же самое справедливо для объединения любого количество множеств, попарно непересекающихся: . Для несовместных событий имеет место аналогичный факт, связанный с вероятностью их объединения.
Формула сложения вероятностей для несовместных событий	Если два случайных события несовместны, то . Это тождество называется формулой сложения вероятностей для несовместных событий. Оно обобщается на любое количество случайных событий, несовместных попарно: .
: Пример 3. Разноцветные шары	Вернемся к опыту, в котором из коробки с 2-мя красными, 2-мя желтыми и 2-мя зелеными шарами извлекают наугад 2 шара. Найдем вероятности событий: A = {шары будут одного цвета}; B = {шары будут разных цветов}; С = {среди вынутых шаров будет хотя бы один красный}. Эти события легко выразить через шесть несовместных событий , образующих так называемую полную группу событий (так называют систему событий, которые попарно несовместны и в объединении дают все множество исходов): A1 = {оба шара красные}, A2 = {оба шара желтые}, A3 = {оба шара зеленые}, A4 = {один желтый, другой зеленый}, A5 = {один красный, другой зеленый}, A6 = {один красный, другой желтый}. Найдем вероятности этих шести событий, использую комбинаторные навыки: Выразим через них наши события: , , . А теперь применим формулу сложения вероятностей для несовместных событий: , ,
Обоснование формулы сложения	Дадим обоснование приведенной формулы. Для несовместных A и B событие происходит в одной из двух взаимоисключающих ситуаций: либо происходит событие A - либо событие B. Это означает, что если обозначить через абсолютные частоты событий A, B и , то после любого числа экспериментов будет выполняться соотношение: (еще раз отметим, что это справедливо только для несовместных событий). Поделив обе части равенства на обще число экспериментов N, получим соотношение для относительных частот: . Поскольку оно остается верным после любого числа экспериментов, а с ростом N частоты приближаются к вероятностям, то аналогичное равенство будет выполнено и для вероятностей несовместных событий: .
Доказательство формулы сложения в частном случае	Докажем формулу сложения для опытов, в которых действует классическое определение вероятности. Напомним, что в таких опытах у нас имеется равновозможных исходов, а вероятность любого события определяется как , где и обозначают количество исходов, благоприятных для событий A и B соответственно. Но если события A и B несовместны, то количество исходов, благоприятных для равно , поэтому .
Формула сложения в общем случае	А что будет с формулой сложения вероятностей, если события A и B пересекаются? Дело в том, что в этом случае равенство для частот перестает выполняться, поскольку события A и B могут произойти одновременно. Вместо него можно записать более сложное соотношение, остающееся справедливым после любого числа экспериментов: Доказывается оно очень просто: сложив частоты событий A и B, мы дважды посчитаем те опыты, в которых эти события произошли одновременно. Значит, если вычесть количество таких опытов, то останется в точности количество тех, в которых происходило хотя бы одно из событий A, B. Как и раньше, можно переписать эту формулу для относительных частот, а от нее перейти к вероятностям: . Полученная формула называется формулой сложения вероятностей и она справедлива для любых случайных событий A и B.
Доказательство	Покажем, как вывести эту общую формулу из формулы сложения вероятностей для несовместных событий. На диаграмме Эйлера хорошо видно, что , причем три события , и попарно несовместны. Отсюда Из той же диаграммы видно, что и , поэтому и . Остается выразить из этих формул , и подставить в формулу для :
: Пример 4. Дама, король, пика	Рассмотрим опыт, в котором из колоды в 36 карт случайно вытягивается одна карта. С какой вероятностью она окажется a.  дамой или королем; b.  дамой или пикой. Чтобы решить задачу, рассмотрим события: A = {вытянут даму}; B = {вытянут короля}; C = {вытянут пику}. События A и B несовместные, а вот про A и C этого сказать уже нельзя, поэтому: a.  ; b.  .
: Пример 5. Хотя бы одна шестерка	Бросаем два кубика. С какой вероятностью выпадет хотя бы одна шестерка? Рассмотрим события {на первом кубике выпало 6 очков}; {на втором кубике выпало 6 очков}. Чтобы ответить на поставленный вопрос, нужно найти : Очевидно, что . Кроме того, {на обоих кубиках выпало по 6 очков}. Отсюда .
	ТЕСТЫ
Вопрос №1	Для несовместных событий их ÿ объединение; ÿ пересечение; ÿ разность является невозможным событием.
Вопрос №2	Для каких событий справедлива формула ? ÿ  для любых; ÿ  для несовместных; ÿ  для независимых.
Вопрос №3	Для каких событий справедлива формула ? ÿ  для любых; ÿ  для несовместных; ÿ  для независимых.
Вопрос №4	Для каких событий справедлива формула ? ÿ  для любых; ÿ  для попарно несовместных; ÿ  для несовместных в совокупности.
Вопрос №5	В каких из следующих ситуаций события A и B могут быть несовместными: ÿ  ; ÿ  ; ÿ  ?
	ПРАКТИКУМ
: Задание №1	Найдите вероятность , если: .
: Задание №2	Найдите вероятность , если .
: Задание №3	Известно, что . С помощью диаграмм Эйлера выясните, какие из следующих соотношений в этом случае верные: а) ; б) ; в) ; г) ; д) ; е) ; ж) ; з) .
: Задание №4	Вероятность того, что в футбольном матче «Спартак»-«Динамо» победит «Спартак» равна 0,4, а что победит «Динамо» - 0,3. С какой вероятностью матч закончится вничью?
: Задание №5	Известно, что вероятность выигрыша в лотерею «Спринт» составляет 0,5. Коля уверен, что, купив два билета, он наверняка (то есть, с вероятностью 1) выиграет хотя бы на один билет. Объясните, в чем причина его ошибки.
: Задание №6	50% всех опрошенных школьников имеют дома компьютер, 20% - умеют программировать, 10% - имеют компьютер и умеют программировать. Во сколько раз тех, кто имеет компьютер, но не умеет программировать, больше, чем тех, кто умеет программировать, но не имеет компьютер?
: Задание №7	При проведении серии опытов с двумя кубика шестерка выпадала на первом кубике с частотой 0,15, на втором – 0,18, а сразу две шестерки выпадали с частотой 0,03. С какой частотой шестерка выпадала хотя бы на одном из кубиков?
: Задание №8	Вероятность того, что среднестатистический автомобилист попадет в аварию в первый год вождения составляет 0,01, во второй – 0,008. Вероятность попасть в аварию и в первый год, и во второй – 0,002. С какой вероятностью автомобилист попадает в аварию хотя бы один раз за два года?
: Задание №9	Вероятность события А равна 0,12, события B – 0,15. В каких пределах может находиться вероятность их объединения?
: Задание №10	В каких из следующих ситуаций событие может быть достоверным: ­  ; ­  ; ­  .
: Задание №11	Вероятность получения студентом отличной оценки на экзамене – 0,1; хорошей – 0,2; удовлетворительной – 0,3. Для получения стипендии нужно сдать экзамен на «отлично» или «хорошо». Найдите вероятность того, что а) студент получит стипендию; б) студент не сдаст экзамен.
: Задание №12	Вероятность того, что Колю вызовут к доске на первом уроке – 0,15, а на втором – 0,2. Вероятность, что его вызовут и на первом, и на втором – 0,03. С какой вероятностью а) его вызовут к доске хотя бы на одном уроке; б) его вообще не вызовут.
: Задание №13*	Монету бросают 10 раз подряд. Какова вероятность, что «орлов» выпадет больше, чем «решек»?
	ИССЛЕДОВАНИЯ
САМАЯ ОБЩАЯ ФОРМУЛА СЛОЖЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ	Мы получили три формулы сложения вероятностей: ­  для двух несовместных событий; ­  для несовместных событий; ­  для двух произвольных событий. Как вы думаете, а как будет выглядеть эта формула для произвольных событий? Начните исследование с .

7.5. Условная вероятность и независимость

Как события влияют друг на друга