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事件与古典概型:先建立样本空间

随机试验是在明确规则下进行、事前不能确定具体结果的试验。样本点是按所选粒度描述的一个结果,样本空间 $\Omega$ 是所有可能样本点组成的集合;事件 $A$ 是 $\Omega$ 的子集。$\Omega$ 是必然事件,$\varnothing$ 是不可能事件。频率是观察所得的比例,概率是模型给出的数量,两者不能直接画等号。

对象与定义

随机试验是在明确规则下进行、事前不能确定具体结果的试验。样本点是按所选粒度描述的一个结果,样本空间 $\Omega$ 是所有可能样本点组成的集合;事件 $A$ 是 $\Omega$ 的子集。$\Omega$ 是必然事件,$\varnothing$ 是不可能事件。频率是观察所得的比例,概率是模型给出的数量,两者不能直接画等号。

$A\cup B$ 表示至少一个发生,$A\cap B$ 表示同时发生,$\overline A=\Omega\setminus A$ 表示 $A$ 不发生。互斥指 $A\cap B=\varnothing$;对立还要求 $A\cup B=\Omega$。因此对立事件一定互斥,互斥事件未必对立。

概率运算从哪里来

有限样本空间中,每个样本点赋非负权重,全部权重之和为 1;事件概率为其包含的样本点权重之和。这给出 $P(\Omega)=1$、$P(\varnothing)=0$。$A$ 与 $\overline A$ 把全集分成两块,因此

$$ P(\overline A)=1-P(A). $$

对 $A$、$B$ 分别求和时,交集被算两次,扣除一次得到

$$ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B). $$

只有互斥时交集项才为零。“至少一个”常取对立,因为“一个也没有”只有一类;这是简化分类的策略,并非独立性的结论。

古典概型的两个条件

若样本点有限且等可能,设 $|\Omega|=N$,每点权重相同为 $p$,由 $Np=1$ 得 $p=1/N$,于是

$$ P(A)=\frac{|A|}{|\Omega|}. $$

必须说明等可能来自怎样的随机机制。两枚均匀骰子的 36 个有序点数对等可能,但点数和 2 到 12 并不等可能。抽样若偏向某些人,也不能直接用组合数比值。

同一问题的两种口径

袋中 3 红 2 白,球除颜色外相同,充分混匀后不放回取 2 球,求一红一白的概率。

查看完整推导

给球编号以区分实物。无序口径的样本点是两球集合,共 $\binom52=10$ 个等可能结果;有利集合由一个红球和一个白球唯一确定,共 $3\times2=6$ 个,所以概率为 $3/5$。

有序口径的样本点是先后球号,共 $5\times4=20$ 个;红白和白红互斥,每类各 $3\times2=6$ 个,共 12 个,概率仍为 $3/5$。分子与分母都改为有序,才保持一致;不能用 $6/20$。

检查:红红概率 $3/10$、白白概率 $1/10$,三类之和为 1。

边界与讲题

“随机选颜色,再从该颜色抽球”与“从全部球随机抽一个”是不同机制。前者颜色可能各占 $1/2$,后者红色占 $3/5$。

请学生解释:我把什么作为样本点?为什么等可能?分子是否沿用相同口径?“至少”取对立后,哪些条件使计算变简单?

对应训练:A、B 组。本地对应:考点 31。