ТЕМА: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ

План лекции

1. Случайные события и их классификация

2. Классическое определение вероятности

3. Непосредственное вычисление вероятностей

§ 1. Случайные события и их классификация

1. В теории вероятностей случайным событием на­зывают то, что при наличии некоторого комплекса условий S может произойти или не произойти. Например, при бросании монеты может выпасть герб или решка, поэтому события «при бросании монеты выпал герб» и «при бросании монеты выпала решка» — случайные события.

При бросании монеты и ее полете на последнюю воздействуют - многие случайные факторы (сила, с которой брошена монета, форма монеты и др.). Поэтому при каждом отдельном бросании монеты предсказать появление герба или решки невозможно, впрочем, в теории вероятностей такой задачи и не ставится. Однако если бросить монету большое число раз, например 10 000 раз или больше, при одном и том же комплексе условий S, то отношение числа т появлений герба к общему числу п, про­веденных опытов с монетой, будет близко к .

Приведем еще один пример: по статистическим данным на каждую 1000 новорожденных приходится 515, т. е. 51,5%, маль­чиков и 485, т. е. 48,5%, девочек с незначительным отклонением в ту или другую сторону от упомянутых чисел. Эта закономер­ность имеет место для всех народов независимо от экономичес­ких, географических и других условий, но наблюдается она лишь тогда, когда события (рождаемость) носят массовый характер.

Теория вероятностей есть раздел математики, изучающий закономерности массовых однородных случайных событий.

Математическая статистика есть также раздел математики, посвященный математическим методам систематизации, обра­ботки и использования статистических данных для научных и практических выводов.

Математическая статистика пользуется методами различных областей математики и в первую очередь теории вероятностей.

Зарождение и развитие теории вероятностей и математиче­ской статистики, как и всякой другой науки, тесно связано с жиз­ненной потребностью людей, с развитием производительных сил общества. Так, например, организация страховых обществ, пе­репись населения, решение задач, возникавших в азартных играх, методы обработки различных результатов наблюдений, в част­ности, оценка случайных ошибок и многие другие вопросы, реше­ние которых способствовало появлению и развитию этих двух ветвей математики.

Теория вероятностей благодаря трудам Гюйгенса (1629— 1695), Паскаля (1623—1662), П. Ферма (1601—1665) и в особен­ности Я. Бернулли (1654—1705) становится наукой уже в XVII веке.

Крупнейшими представителями этой науки в XVIII и в первой половине XIX века были математики П. Лаплас (1749—1827), К. Гаусс (1777—1855) и С. Пуассон (1781—1840). Работы этих ученых дали возможность применять в теории вероятностей науч­но обоснованные методы.

Особенно быстро теория вероятностей развивалась во второй половине XIX и в XX веке в связи с применением статистических методов исследования различных вопросов и стала теоретичес­кой базой математической статистики. Этот период был ознаме­нован фундаментальными открытиями в области теории вероят­ностей русскими математиками Петербургской математической школы П. Л. Чебышевым (1821—1894) (создателем этой школы) и его знаменитыми учениками А. М. Ляпуновым (1857—1918) и А. А. Марковым (1856—1922).

Современная математическая школа занимает ведущее место во многих отраслях современной математики, в частности, в области теории вероятностей и математической статистики.

Строгое логическое обоснование теории вероятностей произо­шло в XX веке и связано с именами советских математиков, прежде всего с именем А. Н. Колмогорова. Крупнейшими представителями этой области науки являются математики С. Н. Бернштейн, Б. В. Гнеденко, В. И. Романовский, Е. Е. Слуц­кий, Н. В. Смирнов, А. Я. Хинчин, Б. С. Ястремский и др.

2. Подобно тому, как в геометрии первыми понятиями явля­ются точка и прямая, в теории вероятностей первыми понятиями служат событие и вероятность.

Событием называется явление, о котором имеет смысл говорить, что оно произошло или не произошло (происходит или не происходит, произойдет или не произойдет).

События можно подразделить на три вида: достоверные, не­возможные и случайные.

Событие называется достоверным, если оно при осуще­ствлении данного комплекса условий S обязательно произойдет. Например, если в урне только белые шары, то извлечение из урны белого шара — событие достоверное. Приведем другой пример. В очередном тираже 3%-ного государственного займа событие, что какая-нибудь облигация этого займа выиграет, достоверно.В дальнейшем вместо того, чтобы говорить «при осуществле­нии данного комплекса условий S», будем говорить короче: «при испытании» или «при опыте».

В первом примере, приведенном выше, извлечение из урны шара есть испытание, а появление белого шара — событие.

Во втором примере проведение очередного тиража 3%-ного государственного займа есть испытание (опыт), выигрыш какой-нибудь облигации этого займа — событие.

Событие называется невозможным, если оно при испы­тании не может произойти. Например, в урне содержатся только белые шары. Извлечение из урны черного шара — событие не­возможное.

Событие называется случайным, если оно при испытании может произойти или не произойти. Например, выпадение осад­ков в Минске 1 мая 1980 г.— событие случайное.

Случайные события принято обозначать большими буквами латинского алфавита: А, В, С, ... , достоверные буквой U и не­возможные буквой V. Дадим еще несколько определений.

События называются совместными (сов­местимыми если появление одно из них не исключает возмож­ности появления других. Например, пусть производится выстрел по цели из каждого орудия, число которых равно трем. Ясно, что не исключается возможность попадания в цель из всех трех ору­дий. Следовательно, эти три события совместные.

Событиями, называются несовместимыми (несовместимыми), если наступление одного из них исключает возможность появления любого другого. Например, при бросании монеты выпадение герба исключает возможность появления решки.

События называются единственно воз­можным и, если при испытании обязательно наступит хотя бы одно из них.

Пример 1. Пусть в урне содержатся белые, черные и красные шары. Извлекаем из урны шар, он может оказаться белым (событие А), черным (событие В) или красным (событие С). По определению эти три события А, В, С — единственно возможные.

События единственно возможные и несовме­стные называются полной системой событий.

Пример 2. Кубик, на гранях которого обозначено число очков от 1 до 6, называется игральной костью. Предполагается, что кубик сделан из однород­ного материала.

При бросании игральной кости может выпасть одно, два, три, четыре, пять или шесть очков. Обозначим упомянутые события соответственно через , . Эти события единственно возможные и несовместные, следова­тельно, они образуют полную систему событий.

Два единственно возможных и несовместных события назы­ваются противоположными событиями

Если А - некоторое событие, то противоположное ему собы­тие обозначают .

Пример 3. При бросании монеты может выпасть герб или решка. Эти со­бытия противоположные.

Противоположными событиями также будут: «сдать» и «не сдать» экзамен, «выиграть» и «не выиграть» по лотерейному билету, «попасть» и «не попасть» в цель при выстреле из ружья.

Если при каждом осуществлении комплекса условий S, при котором происходит событие А, происходит и событие В, то го­ворят, что А влечет за собой В, и этот факт обозначают символом AB или BА.

Если имеет место одновременно AB или BА, то события А и В называются равносильными. В этом случае пишут А=В.

Таким образом, равносильные события А и В при каждом испытании оба наступают или оба не наступают.

Пример 4. Игральную кость бросили один раз. Пусть выпало шесть очков (событие А). Обозначим через В четное число, через С — число очков, деля­щееся на 3. Очевидно, что AB AС .

Пример 5. В урне один белый шар и три черных. Все шары перенумеро­ваны. Пусть белый шар имеет номер 1. При извлечении шара из урны событие появления белого шара обозначим буквой А, а событие появления шара 1 обоз­начим буквой В. Очевидно, что AB и ВА, т. е. события А и В равно­сильны и поэтому можно написать А =В.