Условная вероятность. Теорема умножения вероятностей

Условная вероятность и простейшие основные формулы

Замечание. В основе определения вероятности события лежит некоторая совокупность условий . Если никаких ограничений, кроме условий при вычислении вероятности не налагается, то такие вероятности называются безусловными. Однако в ряде случаев приходится рассматривать вероятности событий при дополнительном условии, что произошло некоторое событие В.

Определение 1. Вероятность события А, вычисленная при условии, что имело место другое событие В, называется условной вероятностью события А и обозначается .

Замечание. Строго говоря, безусловные вероятности также являются условными, так как исходным моментом построенной теории было предположение о существовании некоторого неизменного комплекса условий .

Пример 1. Брошены две игральные кости. Чему равна вероятность того, что сумма выпавших на них очков равна 8 (событие А), если известно, что эта сумма есть чётное число (событие В)?

Решение. Построить пространство исходов, найти безусловную вероятность и условную вероятность .

Пример 2. Из колоды карт последовательно вынули 2 карты. Найти:

а) безусловную вероятность того, что вторая карта окажется тузом (неизвестно, какая карта вышла вначале);

б) условную вероятность того, что вторая карта будет тузом, если первоначально был вынут туз.

Решение. а) Обозначим А – событие, состоящее в появлении туза на втором месте, В – событие, состоящее в появлении туза на первом месте. Событии А можно представить в виде . В силу несовместности событий и имеем . Общее число случаев вынуть из колоды в 36 карт 2 карты (выборка без повторений с учетом порядка!). Событию будут благоприятны исхода, а событию будут благоприятны исхода. Тогда .

б) Если первая вынутая карта – туз, то в колоде осталось 35 карт и среди них только 3 туза. Следовательно .

Общее решение задачи о нахождении условной вероятности для классического определения вероятности

Пусть из единственно возможных, несовместных и равновероятных событий , , …, событию А благоприятствует m событий, событию В – k событий, событию АВ – r событий (, ). Если событий В произошло, то это означает, что наступило одно из событий , благоприятных событию В. При этом условии событию А благоприятствуют r и только r событий , благоприятных АВ. Таким образом . (1)

Аналогично, если , то . (1’)

Если В (соответственно, А) есть невозможное событие, то равенство (1) (соответственно (1’)) теряет смысл.

При каждое из равенств (1) и (1’) равносильно так называемой теореме умножения вероятностей.

Теорема умножения вероятностей. Вероятность произведения событий А и В равна произведению вероятности одного из этих событий на условную вероятность другого, при условии, что первое произошло: (2).

Доказательство теоремы умножения вероятностей для классической схемы случаев. Пусть из единственно возможных, несовместных и равновероятных событий , , …, событию А благоприятствует m событий, событию В – k событий, событию АВ – r событий (, ). Тогда , , а (из общего решения задачи о нахождении условной вероятности). Подставляя полученные значения вероятностей в формулу (2), получим тождество. Теорема доказана.

Замечание. Теорема умножения справедлива и в том случае, когда одно из событий А или В есть невозможное событие, так как в этом случае вместе с имеют место равенства и .

Следствие. Вероятность совместного появления нескольких зависимых событий равна произведению вероятности одного из них на условные вероятности всех остальных, причем вероятность каждого последующего события вычисляется в предположении, что все предыдущие события уже появились.

Пример 3. В ящике находится 5 белых, 4 черных и 3 синих шара. Каждое испытание состоит в том, что наудачу извлекают один шар, не возвращая его в ящик. Найти вероятность того, что при первом испытании появится белый шар, при втором – черный и при третьем – синий.

Решение. Пусть событие А – при первом испытании появится белый шар, событие В – при втором испытании появится черный шар; событие С – при третьем испытании появится синий шар. Вероятность появления белого шара при первом испытании . Вероятность появления черного шара при втором испытании, вычисленная в предположении, что при первом испытании появился белый шар, то есть условная вероятность . Вероятность появления синего шара в третьем испытании, вычисленная в предположении, что при первом испытании появился белый шар, а при втором черный: . Так как события А, В и С совместны, то искомая вероятность

.

Определение 2. Событие А называется независимым от события В, если вероятность события А не зависит от того, произошло событие В или нет:

(3)

(наступление события В не меняет вероятности события А).

Определение 3. Событие А называется зависимым от события В, если вероятность события А меняется в зависимости от того, произошло событие В или нет.

Замечание 1. Если событие А независимо от события В, то в силу (2) имеет место равенство Отсюда следует, что , (4)

Т.е. событие В также независимо от А. Таким образом, при сделанном предположении свойство независимости событий взаимно.

Замечание 2. Понятие независимости событий играет значительную роль в теории вероятностей и её приложениях. В практических вопросах для определения независимости событий редко обращаются к выполнению равенств (3) и (4). Обычно для этого пользуются интуитивными соображениями, основанными на опыте (пример с монетой и др.). Для независимых событий теорема умножения вероятностей имеет наиболее простой вид.

Теорема умножения вероятностей для независимых событий. Вероятность произведения двух независимых событий равна произведению их вероятностей:

.

Замечание 3. Если независимость событий определить посредством равенства , то это определение верно всегда, в том числе и тогда, когда и .

Определение 4. События , , …, называются независимыми в совокупности, если для любого события из их числа и произвольных , , …, взаимно независимы.

Замечание 4. В силу замечания 3 это определение эквивалентно следующему.

Определение 4’. При любых и .

Замечание 5. Для независимости в совокупности нескольких событий недостаточно их попарной независимости.

Пример. Грани тетраэдра окрашены: 1-я – в красный цвет, 2-я – в зелёный, 3-я – в синий, 4-я – во все эти 4 цвета (АВС). Легко видеть, что вероятность того, что грань, на которую упадёт тетраэдр при бросании, имеет красный цвет, равна 0,5: граней 4, 2 из них имеют в окраске красный цвет. Тогда . Аналогично можно подсчитать, что

.

Таким образом, события А, В, С попарно независимы. Однако, если осуществились события В и С вместе, то и осуществилось событие А, т.е. . Следовательно, события А, В и С в совокупности зависимы.

Обобщение теоремы умножения вероятностей на случай произвольного конечного числа независимых событий: .

Пример 4. Вероятность того, что стрелок при одном выстреле попадет в мишень, равна . Стрелок произвел три выстрела. Найти вероятность того, что он попал три раза.

Решение. Пусть событие А – стрелок попал в мишень при первом выстреле, событие В – стрелок попал в мишень при втором выстреле; событие С – стрелок попал в мишень при третьем выстреле. Вероятности этих событий по условию равны между собой: . Так как вероятность попадания в цель при каждом из выстрелов не зависит от результата остальных выстрелов, то все три события независимы в совокупности, тогда .

Следствие. (Теорема о вероятности появления хотя бы одного из совокупности независимых событий). Вероятность появления хотя бы одного из совокупности независимых событий А ₁, А ₂, …, А_n равна разности между единицей и произведением вероятностей противоположных событий , , …, : .

Пример 5. Вероятности попадания в цель при стрельбе из трех орудий соответственно равны: ; ; . Найти вероятность попадания хотя бы одним из орудий при одном залпе из всех орудий.

Решение. Пусть событие А – попадание в цель хотя бы одним из орудий при одном залпе из всех орудий, событие А ₁ – попадание в цель первым орудием, А ₂ – попадание в цель вторым орудием, А ₃ – попадание в цель третьим орудием. Вероятность попадания в цель каждым из орудий не зависит от результатов стрельбы из других орудий, поэтому события А ₁, А ₂, А ₃ независимы. Вероятности событий, противоположных событиям А ₁, А ₂, А ₃ (то есть вероятности промахов), соответственно равны:

; ; .

Тогда искомая вероятность .

Замечание 6. Формула (1’), которая в случае классического определения вероятности выводится из определения условной вероятности, в случае аксиоматического определения вероятности будет взята в качестве определения. Таким образом, в общем случае при по определению полагаем (в случае условная вероятность остаётся неопределённой). Это определение позволяет перенести на общее понятие вероятности все определения и результаты настоящего параграфа.

Дата добавления: 2014-01-14; Просмотров: 1996; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!