Теория вероятности формулы и примеры решения задач

Содержание
  1. Вероятность нескольких событий
  2. Задачи и решения задач на вероятность
  3. Что такое вероятность
  4. Как понять результат своего вычисления:
  5. Вероятность любого события можно найти по этой формуле:
  6. Она решает 80% заданий на ОГЭ, но есть ещё 20%…
  7. Когда событие одно – решить легко, но их может быть несколько… Разберем ВСЁ, что может попасться на экзамене
  8. Как вообще считается вероятность выигрыша в лотерею?
  9. Необходимые пояснения
  10. Расчет вероятности для лотерей с одним лототроном (без бонусных шаров)
  11. Лотереи с двумя лототронами (+ бонусный шар)
  12. Расчет вероятности (развернутые ставки)
  13. И другие возможности
  14. Почему не работает теория вероятности?
  15. Статистика всемирных лотерей
  16. Истории победителей
  17. Независимые, противоположные и произвольные события
  18. Теоремы сложения и умножения вероятностей, формулы
  19. Парадокс Монти Холла
  20. И снова о парадоксе Монти Холла
  21. Парадокс мальчика и девочки
  22. И снова о парадоксе мальчика и девочки
  23. Как решать задачи: классическая вероятность
  24. Как решать задачи: формула Бернулли
  25. Советы

Вероятность нескольких событий

Подсчитываем вероятность каждого события в отдельности, затем между дробями ставим знаки:

1. Если нужно первое И второе событие, то умножаем.

2. Если нужно первое ИЛИ второе событие, то складываем.

Задачи и решения задач на вероятность

Задача 1. Среди натуральных чисел от 23 до 37 случайно выбирают одно число. Найдите вероятность того, что оно не делится на 5.

Решение:

Вероятность, это отношение благоприятных вариантов к общему их количеству.

Всего в этом промежутке 15 чисел. Из них на 5 делится всего 3, значит не делится 12.

Вероятность тогда:

Ответ: 0,8.

Задача 2. Для дежурства в столовой случайно выбирают двух учащихся класса. Какова вероятность того, что дежурить будут два мальчика, если в классе обучается 7 мальчиков и 8 девочек?

Решение: Вероятность, это отношение благоприятных вариантов к общему их количеству. В классе 7 мальчиков, это благоприятные варианты. А всего 15 учеников.

Вероятность что первый дежурный мальчик:

Вероятность что второй дежурный мальчик:

Раз оба должны быть мальчики, вероятности перемножим:

Ответ: 0,2.

Задача 3. На борту самолёта 12 мест рядом с запасными выходами и 18 мест за перегородками, разделяющими салоны. Остальные места неудобны для пассажира высокого роста. Пассажир В. высокого роста. Найдите вероятность того, что на регистрации при случайном выборе места пассажиру В. достанется удобное место, если всего в самолёте 300 мест.

Решение: Пассажиру В. удобны 30 мест (12 + 18 = 30), а всего в самолете 300 мест. Поэтому вероятность того, что пассажиру В. достанется удобное место равна 30/300, т. е. 0,1.

Задача 4. В сборнике билетов по математике всего 25 билетов, в 10 из них встречается вопрос по неравенствам.

Найдите вероятность того, что в случайно выбранном на экзамене билете школьнику не достанется вопроса по неравенствам.

Решение: Из 25 билетов 15 не содержат вопроса по неравенствам, поэтому вероятность того, что в случайно выбранном на экзамене билете школьнику не достанется вопроса по неравенствам, равна 15/25, т. е. 0,6.

Задача 5. В сборнике билетов по химии всего 35 билетов, в 7 из них встречается вопрос по кислотам.

Найдите вероятность того, что в случайно выбранном на экзамене билете школьнику не достанется вопроса по кислотам.

Решение: Из 35 билетов 28 не содержат вопроса по кислотам, поэтому вероятность того, что в случайно выбранном на экзамене билете школьнику не достанется вопроса по кислотам, равна 28/35, т. е. 0,8.

Задача 6. В среднем из 500 садовых насосов, поступивших в продажу, 2 подтекают. Найдите вероятность того, что один случайно выбранный для контроля насос не подтекает.

Решение: Если из 500 насосов 2 подтекают, то 498 не подтекают. Следовательно, вероятность выбора хорошего насоса — 498/500, т. е. 0,996.

Задача 7. Вероятность того, что новый пылесос в течение года поступит в гарантийный ремонт, равна 0,065. В некотором городе из 1000 проданных пылесосов в течение года в гарантийную мастерскую поступило 70 штук.

На сколько отличается частота события «гарантийный ремонт» от его вероятности в этом городе?

Решение: Частота события «гарантийный ремонт» равна 70/1000, т. е. 0,07. Она отличается от предсказанной вероятности на 0,005 (0,07 – 0,065 = 0,005).

Задача 8. В чемпионате по гимнастике участвуют 50 спортсменок: 18 из России, 14 из Украины, остальные — из Белоруссии. Порядок, в котором выступают гимнастки, определяется жребием.

Найдите вероятность того, что спортсменка, выступающая первой, окажется из Белоруссии.

Решение: Всего участниц на чемпионате 50, а спортсменок из Белоруссии — 18 (50 – 18 – 14 = 18).

Вероятность того, что первой будет выступать спортсменка из Белоруссии — 18 из 50, т. е. 18/50, или 0,36.

Задача 9. Научная конференция проводится в 5 дней. Всего запланировано 80 докладов — первые три дня по 12 докладов, остальные распределены поровну между четвертым и пятым днями. Порядок докладов определяется жеребьёвкой.

Какова вероятность, что доклад профессора М. окажется запланированным на последний день конференции?

Решение: За первые три дня будут прочитаны 36 докладов (12 ∙ 3 = 36), на последние два дня планируется 44 доклада. Поэтому на последний день запланировано 22 докладов (44 : 2 = 22). Значит, вероятность того, что доклад профессора М. окажется запланированным на последний день конференции, равна 22/80, т. е. 0,275.

Задача 10.

Перед началом первого тура чемпионата по шахматам участников разбивают на игровые пары случайным образом с помощью жребия. Всего в чемпионате участвует 26 шахматистов, среди которых 14 участников из России, в том числе Егор Косов.

Найдите вероятность того, что в первом туре Егор Косов будет играть с каким-либо шахматистом из России?

Решение: В первом туре Егор Косов может сыграть с 25 шахматистами (26 – 1 = 25), из которых 13 ― из России. Значит, вероятность того, что в первом туре Егор Косов будет играть с каким-либо шахматистом из России, равна 13/25, или 0,52.

Задача 11.

В чемпионате мира участвуют 16 команд. С помощью жребия их нужно разделить на четыре группы по четыре команды в каждой. В ящике вперемешку лежат карточки с номерами групп: 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4.

Капитаны команд тянут по одной карточке. Какова вероятность того, что команда России окажется во второй группе?

Решение: Вероятность того, что команда России окажется во второй группе, равна отношению количества карточек с номером 2, к общему числу карточек, т. е. 4/16, или 0,25.

Задача 12. В группе туристов 5 человек. С помощью жребия они выбирают двух человек, которые должны идти в село за продуктами. Турист А. хотел бы сходить в магазин, но он подчиняется жребию. Какова вероятность того, что А. пойдёт в магазин?

Решение: Выбирают двоих туристов из пяти. Следовательно, вероятность быть выбранным равна 2/5, т. е. 0,4.

Задача 13. В группе туристов 30 человек. Их вертолётом в несколько приёмов забрасывают в труднодоступный район по 6 человек за рейс. Порядок, в котором вертолёт перевозит туристов, случаен. Найдите вероятность того, что турист П. полетит первым рейсом вертолёта.

Решение: На первом рейсе 6 мест, всего мест 30. Тогда вероятность того, что турист полетит первым рейсом вертолёта, равна 6/30, или 0,2.

Задача 14. Какова вероятность того, что случайно выбранное натуральное число от 10 до 19 делится на три?

Решение: Натуральных чисел от 10 до 19 десять, из них на 3 делятся три числа: 12, 15 и 18. Следовательно, искомая вероятность равна 3/10, т. е. 0,3.

Что такое вероятность

Вероятность – это степень наступления какого-либо события. Вероятность изменяется числом от 0 до 1. Отрицательные числа и числа больше единицы ответом быть не могут!

Как понять результат своего вычисления:

1 – событие точно произойдет (достоверное событие)

от 0 до 1 – произойдет с каким-то шансом, может произойти, а может и нет (случайное событие)

0 – точно не произойдет (невозможное событие)

В ОГЭ мы работаем со случайными событиями, ответ 1 или 0 в 10 задании получиться не может!

Вероятность любого события можно найти по этой формуле:

Формула вероятности

Она решает 80% заданий на ОГЭ, но есть ещё 20%…

Решим самый простой пример:

Пример 1. Самый простой

Объясняю на пальцах:

  1. 4 бутылки.
  2. Если 1 бутылка с газом, значит, 3 без газа.
  3. Нам нужна негазированная, значит, количество благоприятных исходов для нас – 3.
  4. А всего бутылок 4 – это количество всех исходов.
  5. Далее решаем по формуле. 3 делим на 4 и переводим в десятичную дробь (ответы на ОГЭ принимаются только в виде десятичных дробей). Получаем 0.75. НИКАКИХ ПРОЦЕНТОВ! Если этого не просят!

Когда событие одно – решить легко, но их может быть несколько… Разберем ВСЁ, что может попасться на экзамене

Кстати, здесь полный разбор досрочного ОГЭ по математике (нажми, чтобы перейти). Объяснение всех заданий!

Сокращенный вариант по математике и разбор досрочного ОГЭ по русскому в этой статье (нажми, чтобы перейти).

Как вообще считается вероятность выигрыша в лотерею?

Числовые лотереи проводятся по определенным формулам и шансы каждого события (выигрыша той или иной категории) рассчитываются математически. Причем эта вероятность вычисляется для любого нужного значения, будь то «5 из 36», «6 из 45», или «7 из 49» и она не меняется, так как зависит только от общего количества чисел (шаров, номеров) и того, сколько из них надо угадать.

Например, для лотереи «5 из 36» вероятности всегда следующие

  • угадать два числа — 1 : 8
  • угадать три числа — 1 : 81
  • угадать четыре числа — 1 : 2 432
  • угадать пять чисел — 1 : 376 992

Другими словами — если отметить в билете одну комбинацию (5 номеров), то шанс угадать «двойку» всего 1 из 8. А вот «пять» номеров поймать гораздо сложнее, это уже 1 шанс из 376 992. Именно такое (376 тысяч) количество всевозможных комбинаций существует в лотерее «5 из 36» и гарантированно в ней выиграть можно, если только заполнить их все. Правда, сумма выигрыша в этом случае не оправдает вложений: если билет стоит 80 рублей, то отметить все комбинации будет стоить 30 159 360 рублей. Джекпот обычно намного меньше.

В общем, все вероятности давно известны, всего и остается, что их найти или рассчитать самостоятельно, при помощи соответствующих формул.

Для тех, кому искать лень, приведем вероятности выигрыша для основных числовых лотерей Столото — они представлены в этой таблице

Сколько чисел надо угадать шансы в 5 из 36 шансы в 6 из 45 шансы в 7 из 49
2 1:8 1:7
3 1:81 1:45 1:22
4 1:2432 1:733 1:214
5 1:376 992 1:34 808 1:4751
6 1:8 145 060 1:292 179
7 1:85 900 584

Эти же вероятности можно рассчитать самостоятельно при помощи нашего лото-виджета «Расчет вероятности выигрыша» для этого не требуется работать с формулами, надо всего лишь менять исходные значения (числовая формула лотереи и кол-во угадываемых номеров)

Необходимые пояснения

Лото-виджет позволяет рассчитывать вероятности выигрыша для лотерей с одним лототроном (без бонусных шаров) или с двумя лототронами. Также можно просчитать вероятности развернутых ставок

Расчет вероятности для лотерей с одним лототроном (без бонусных шаров)

Используются только первые два поля, в которых числовая формула лотереи, например: — «5 из 36», «6 из 45», «7 из 49». В принципе, можно просчитать почти любую мировую лотерею. Есть только два ограничения: первое значение не должно превышать 30, а второе — 99.

Если в лотерее не используются дополнительные номера*, то после выбора числовой формулы остается нажать кнопку рассчитать и результат готов. Не важно, вероятность какого события вы хотите узнать – выигрыш джекпота, приз второй/третьей категории или просто выяснить, сложно ли угадать 2-3 номера из нужного количества – результат высчитывается почти моментально!

Пример расчета. Вероятность угадать 5 из 36 составляет 1 шанс из 376 992

Примеры. Вероятности выигрыша главного приза для лотерей:
«5 из 36» (Гослото, Россия) – 1:376 922
«6 из 45» (Гослото, Россия; Saturday Lotto, Австралия; Lotto, Австрия) — 1:8 145 060
«6 из 49» (Спортлото, Россия; La Primitiva, Испания; Lotto 6/49, Канада) — 1:13 983 816
«6 из 52» (Super Loto, Украина; Illinois Lotto, США; Mega TOTO, Малазия) — 1:20 358 520
«7 из 49» (Гослото, Россия; Lotto Max, Канада) — 1:85 900 584

Лотереи с двумя лототронами (+ бонусный шар)

Если в лотерее используется два лототрона, то для расчета необходимо заполнить все 4 поля. В первых двух – числовая формула лотереи (5 из 36, 6 из 45 и тд), в третьем и четвертом поле отмечается количество бонусных шаров (x из n). Важно: данный расчет можно использовать только для лотерей с двумя лототронами. Если бонусный шар достается из основного лототрона, то вероятность выигрыша именно этой категории считается по-другому.

* Так как при использовании двух лототронов шанс выигрыша высчитывается перемножением вероятностей друг на друга, то для корректного расчета лотерей с одним лототроном выбор дополнительного номера по умолчанию стоит как 1 из 1, то есть не учитывается.

Примеры. Вероятности выигрыша главного приза для лотерей:
«5 из 36 + 1 из 4» (Гослото, Россия) – 1:1 507 978
«4 из 20 + 4 из 20» (Гослото, Россия) – 1:23 474 025
«6 из 42 + 1 из 10» (Megalot, Украина) – 1:52 457 860
«5 из 50 + 2 из 10» (EuroJackpot) – 1:95 344 200
«5 из 69 + 1 из 26» (Powerball, США) — 1: 292 201 338

Пример расчет. Шанс угадать 4 из 20 дважды (в двух полях) составляет 1 к 23 474 025

Хорошей иллюстрацией сложности игры с двумя лототронами служит лотерея «Гослото «4 из 20». Вероятность угадать 4 числа из 20 в одном поле вполне щадящая, шанс этого — 1 из 4 845. Но, когда угадать надо выиграть оба поля… то вероятность рассчитывается их перемножением. То есть, в данном случае 4 845 умножаем на 4 845, что дает 23 474 025. Так что, простота этой лотереи обманчива, выиграть в ней главный приз сложнее, чем в «6 из 45» или «6 из 49»

Расчет вероятности (развернутые ставки)

В данном случае считается вероятность выигрыша при использовании развернутых ставок. Для примера – если в лотерее 6 из 45, отметить 8 чисел то вероятность выиграть главный приз (6 из 45) составит 1 шанс из 290 895. Пользоваться ли развернутыми ставками – решать вам. С учетом того, что стоимость их получается очень высокая (в данном случае 8 отмеченных чисел это 28 вариантов) стоит знать как это увеличивает шансы на выигрыш. Тем более, что сделать это теперь совсем просто!

Расчет вероятности выигрыша (6 из 45) на примере развернутой ставки (отмечено 8 чисел)

И другие возможности

При помощи нашего виджета можно просчитать вероятность выигрыша и в бинго-лотереях, например, в «Русское лото». Главное, что надо учитывать, это количество ходов, отведенных на наступление выигрыша. Чтобы было понятнее: долгое время в лотерее «Русское лото» джекпот можно было выиграть в том случае если 15 чисел (в одном поле) закрывались за 15 ходов. Вероятность такого события совершенно фантастическая, 1 шанс из 45 795 673 964 460 800 (можете проверить и получить это значение самостоятельно). Именно поэтому, кстати, много лет в лотерее «Русское лото» никто не мог сорвать джекпот, и его распределяли принудительно.

20.03.2016 правила лотереи «Русское лото» были изменены. Джекпот теперь можно выиграть, если 15 чисел (из 30) закрывались за 15 ходов. Получается аналог развернутой ставки — ведь 15 чисел угадываются из 30 имеющихся! А это уже совсем другая вероятность:

Шанс выиграть джекпот (по новым правилам) в лотерее «Русское лото»

И в заключение приведем вероятность выигрыша в лотереях, использующих бонусный шар из основного лототрона (наш виджет такие значения не считает). Из самых известных

Спортлото «6 из 49» (Гослото, Россия), La Primitiva «6 из 49» (Испания)
Категория «5 + бонусный шар»: вероятность 1:2 330 636

SuperEnalotto «6 из 90» (Италия)
Категория «5 + бонусный шар»: вероятность 1:103 769 105

Oz Lotto «7 из 45» (Австралия)
Категория «6 + бонусный шар»: вероятность 1:3 241 401
«5 + 1» — вероятность 1:29 602
«3 +1» — вероятность 1:87

Lotto «6 из 59» (Великобритания)
Категория «5 + 1 бонусный шар»: вероятность 1:7 509 579

Почему не работает теория вероятности?

  • Неидеальные условия

Первое, о чем стоит поговорить, — это калибровка лототронов. Ни один из лототронов не откалиброван идеально.

Второй нюанс – диаметры лотерейных шаров также не являются одинаковыми. Даже отличие на малейшие доли миллиметров играют роль в частоте выпадения того или иного шара.

Третья деталь – разный вес шаров. Опять же отличие может казаться вовсе не существенным, но оно также влияет на статистику, притом, значительно.

  • Сумма выигрышных номеров

Если рассматривать статистику номеров, выигравших в лотерею типа «6 из 45», то можно заметить интересный факт: сумма цифр, на которые ставили игроки, колеблется между 126 и 167.

С суммой выигрышных лотерейных цифр для «5 из 36» немного другая история. Здесь выигрышные цифры составляют сумму в 83-106.

  • Четные или нечетные?

Как думаете, какие цифры чаще есть в выигрышных билетах? Четные? Нечетные? Скажу вам с полной уверенностью, что в лотереях «6 из 45» этих цифр поровну.

А вот как быть с «5 из 36»? Ведь нужно выбрать всего 5 шариков, четных и нечетных не может быть равное количество. Так вот. Проанализировав результаты розыгрышей лотерей данного типа четырех последних десятилетий, могу заявить, что незначительно, но все-таки чаще, в выигрышных комбинациях появляются нечетные цифры. Особенно, те, которые содержат в себе цифру 6 или 9. Например, 19, 29, 39, 69 и так далее.

  • Популярные группы чисел

Для лотереи типа «6 к 45» числа условно делим на 2 группы – от 1 до 22 и от 23 до 45. Следует отметить, что в выигрышных билетах отношение чисел, принадлежащих к группе, 2 к 4. То есть либо в билете будет 2 числа из группы от 1 до 22 и 4 числа из группы от 23 до 45 либо наоборот (4 числа из первой группы и 2 из второй).

Я пришел к аналогичному выводу, анализируя статистику лотерей типа «5 из 36». Только в данном случае немного иначе дробятся группы. Давайте первой обозначим группы, в которую входят цифры от 1 до 17, а второй – ту, куда помещаются оставшиеся числа от 18 до 35. Отношение цифр из первой группы ко второй в выигрышных комбинациях в 48% случаем равно 3 к 2, а в 52% случаев – наоборот, 2 к 3.

  • Стоит ли ставить на цифры из прошедших розыгрышей?

Доказано, что в 86% случаев в новом розыгрыше повторяется число, которое уже было в предыдущих розыгрышах. Поэтому просто необходимо следить за розыгрышами интересующей вас лотереи.

  • Последовательные цифры. Выбирать или не выбирать?

Шанс на то, что выпадут сразу 3 последовательные цифры, очень низок, и составляет менее 0,09%. А если вы хотите поставить сразу на 5 или 6 последовательных чисел, шанса практически нет. Поэтому выбирайте разные цифры.

  • Числа с единым шагом: победа или проигрыш?

Не стоит ставить на числа, которые идут в единой последовательности. Например, однозначно не нужно выбирать шаг 2 и с этим шагом делать ставку. 10, 13, 16, 19, 22 – однозначно проигрышная комбинация.

  • Больше одного билета: да или нет?

Лучше играть раз в 10 недель по 10 билетам, чем раз в неделю по одному. А также играйте группами. Можно выиграть большой денежный приз и разделить его между несколькими людьми. 

Статистика всемирных лотерей

  • Mega millions

Одна из самых популярных в мире лотерей проводилась по следующему принципу: необходимо выбрать 5 чисел из 56, а также 1 из 46 для так называемого золотого шара.

За 5 угаданных шаров и 1 верно названный золотой счастливчик получает джекпот.

Остальные зависимости приведены в таблице:

Количество угаданных шаров

Угадан ли номер золотого шара

Денежный приз

5

да

Джекпот

5

нет

250 тыс. долларов США

4

да

10 тыс. долларов США

4

нет

150 долларов США

3

да

150 долларов США

3

нет

7 долларов США

2

да

10 долларов США

1

да

3 доллара США

0

да

2 доллара США

Статистика выпавших обычных шаров за все время проведения розыгрышей вышеуказанной лотереи.

Статистика выпавших золотых шаров за все время проведения розыгрышей Mega Millions.

Наиболее часто выпадающие комбинации в лотерее приведены в таблице ниже:

  • Лотерея Powerball, где сорвать джекпот, удавалось уже не одному десятку счастливчиков. Необходимо выбрать 7 основных игровых номеров и двух шаров «Паверболл».

Истории победителей

  • Счастливчики-соотечественники

Евгений Сидоров из Москвы получил 35 миллионов в 2009, до этого Надежда Мехаметзянова из Уфы сорвала куш в 30 миллионов. «Русское лото» отправило еще 29,5 млн в Омск победителю, не пожелавшему себя называть. В общем, срывать джекпоты — это хорошая привычка русских людей

  • 390 млн. долларов США в одни руки

В лотерее, о которой мы уже говорили, Mega Millions счастливчик, пожелавший остаться неизвестным, выиграл 390 миллионов долларов США. И это далеко не редкий случай. В этой же лотерее в 2011 году сразу двоим удалось сорвать джекпот, состоявший на тот момент из суммы в 380 млн. Денежный приз был разделен на две части и вручен людям, угадавшим победные цифры.

Пенсионер из Южной Каролины принял решение поучаствовать в лотерее «Паверболл» и выиграл 260 млн., которые решил потратить на образование своих детей, а также купил дом, несколько машин в семью, а потом отправился путешествовать. 

Независимые, противоположные и произвольные события

Однако в открытом банке заданий стали встречаться и более сложные задания. Поэтому обратим внимание читателя и на другие вопросы, изучаемые в теории вероятностей.

События А и В называется независимыми, если вероятность каждого из них не зависит от того, произошло ли другое событие.

Событие B состоит в том, что событие А не произошло, т.е. событие B является противоположным к событию А. Вероятность противоположного события равна единице минус вероятность прямого события,т.е. .

Теоремы сложения и умножения вероятностей, формулы

Для произвольных событий А и В вероятность суммы этих событий равна сумме их вероятностей без вероятности их совместного события, т.е. .

Для независимых событий А и В вероятность произведения этих событий равна произведению их вероятностей, т.е. в этом случае .

Последние 2 утверждения называются теоремами сложения и умножения вероятностей.

Не всегда подсчет числа исходов является столь простым. В ряде случаев необходимо использовать формулы комбинаторики. При этом наиболее важным является подсчет числа событий, удовлетворяющих определенным условиям. Иногда такого рода подсчеты могут становиться самостоятельными заданиями.

Сколькими способами можно усадить 6 учеников на 6 свободных мест? Первый ученик займет любое из 6 мест. Каждому из этих вариантов соответствует 5 способов занять место второму ученику. Для третьего ученика остается 4 свободных места, для четвертого — 3, для пятого — 2, шестой займет единственное оставшееся место. Чтобы найти число всех вариантов, надо найти произведение , которое обозначается символом 6! и читается «шесть факториал».

В общем случае ответ на этот вопрос дает формула для числа перестановок из п элементов В нашем случае В нашем случае .

Рассмотрим теперь другой случай с нашими учениками. Сколькими способами можно усадить 2 учеников на 6 свободных мест? Первый ученик займет любое из 6 мест. Каждому из этих вариантов соответствует 5 способов занять место второму ученику. Чтобы найти число всех вариантов, надо найти произведение .

В общем случае ответ на этот вопрос дает формула для числа размещений из n элементов по k элементам

В нашем случае .

И последний случай из этой серии. Сколькими способами можно выбрать трех учеников из 6? Первого ученика можно выбрать 6 способами, второго — 5 способами, третьего — четырьмя. Но среди этих вариантов 6 раз встречается одна и та же тройка учеников. Чтобы найти число всех вариантов, надо вычислить величину: . В общем случае ответ на этот вопрос дает формула для числа сочетаний из . В общем случае ответ на этот вопрос дает формула для числа сочетаний из элементов по элементам:

В нашем случае .

Парадокс Монти Холла

Это приводит нас к довольно известному парадоксу, который часто приводит многих в замешательство, — парадокс Монти Холла. Парадокс назван в честь ведущего телешоу Let’s Make a Deal. Для тех, кто никогда не видел это телешоу, скажу, что оно было противоположностью The Price Is Right.

В The Price Is Right ведущий (раньше ведущим был Боб Баркер, кто сейчас, Дрю Кэри? Неважно) — ваш друг. Он хочет, чтобы вы выиграли деньги или классные призы. Он пытается предоставить вам все возможности для выигрыша, при условии, что вы сможете угадать, сколько на самом деле стоят предметы, приобретенные спонсорами.

Монти Холл вел себя иначе. Он был как злой близнец Боба Баркера. Его целью было сделать так, чтобы вы в эфире национального телевидения выглядели как идиот. Если вы участвовали в шоу, он был вашим противником, вы играли против него, и шансы на выигрыш были в его пользу. Возможно, я слишком резко высказываюсь, но, глядя на шоу, в которое больше шансов попасть, если носить нелепый костюм, я прихожу именно к таким выводам.

Один из самых известных мемов шоу был такой: перед вами три двери, дверь номер 1, дверь номер 2 и дверь номер 3. Вы можете бесплатно выбрать какую-то одну дверь. За одной из них находится великолепный приз — например, новый легковой автомобиль. За двумя другими дверьми нет никаких призов, обе они не представляют из себя никакой ценности. Они должны вас унизить, поэтому за ними не просто ничего, а что-то глупое, например, козёл или огромный тюбик зубной пасты — что угодно, только не новый легковой автомобиль.

Вы выбираете одну из дверей, Монти уже собирается открыть её, чтобы вы узнали, выиграли или нет… но подождите. Прежде чем узнать, давайте посмотрим на одну из тех дверей, которые вы не выбрали. Монти знает, за какой дверью находится приз, и он всегда может открыть дверь, за которой нет приза. «Вы выбираете дверь номер 3? Тогда давайте откроем дверь номер 1, чтобы показать, что за ней не было приза». А теперь он из щедрости предлагает вам возможность обменять выбранную дверь номер 3 на то, что находится за дверью номер 2.

В этот момент и возникает вопрос о вероятности: повышает ли эта возможность вашу вероятность выиграть, или понижает, или она остаётся неизменной? Как вы думаете?

Верный ответ: возможность выбрать другую дверь увеличивает вероятность выигрыша с 1/3 до 2/3. Это нелогично. Если раньше вы не сталкивались с данным парадоксом, то, скорее всего, вы думаете: подождите, как это: открыв одну дверь, мы волшебным образом изменили вероятность? Как мы уже видели на примере с картами, именно это и происходит, когда мы получаем больше информации. Очевидно, что, когда вы выбираете в первый раз, вероятность выигрыша равна 1/3. Когда открывается одна дверь, это совершенно не меняет вероятность выигрыша для первого выбора: всё равно вероятность равна 1/3. Но вероятность того, что другая дверь правильная, теперь равна 2/3.

Давайте посмотрим на этот пример с другой стороны. Вы выбираете дверь. Вероятность выигрыша равна 1/3. Я предлагаю вам поменять две другие двери, что и делает Монти Холл. Конечно, он открывает одну из дверей, чтобы показать, что за ней нет приза, но он всегда может так поступить, поэтому на самом деле это ничего не меняет. Конечно, вам захочется выбрать другую дверь.

Если вы не совсем разобрались с вопросом и нужно более убедительное объяснение, нажмите на эту ссылку, чтобы перейти к замечательному маленькому Flash-приложению, которое позволит вам изучить этот парадокс более подробно. Вы можете играть, начиная с примерно 10 дверей, и затем постепенно перейти к игре с тремя дверьми. Есть также симулятор, где вы можете играть с любым количеством дверей от 3 до 50 или запустить несколько тысяч симуляций и посмотреть, сколько раз вы бы выиграли, если бы играли.

Выбираете одну из трех дверей — вероятность выиграть равна 1/3. Теперь у вас есть две стратегии: поменять выбор после открытия неверной двери или нет. Если вы не меняете свой выбор, то вероятность так и останется 1/3, так как выбор идет только на первом этапе, и надо сразу угадать. Если же меняете, то выиграть вы можете, если выберете сперва неверную дверь (потом откроют другую неверную, останется верная — меняя решение, вы как раз её и берете). Вероятность выбрать в начале неверную дверь составляет 2/3 — вот и получается, что, поменяв свое решение, вы в два раза увеличиваете вероятность выигрыша.

Ремарка от преподавателя высшей математики и специалиста по игровому балансу Максима Солдатова — её, разумеется, не было у Шрайбера, но без неё понять это волшебное превращение достаточно трудно

И снова о парадоксе Монти Холла

Что касается самого шоу: даже если соперники Монти Холла не были сильны в математике, то он разбирался в ней хорошо. Вот что он делал, чтобы немного изменить игру. Если вы выбирали дверь, за которой находился приз, вероятность чего равна 1/3, он всегда предлагал вам возможность выбрать другую дверь. Вы выбрали легковой автомобиль, а затем поменяете его на козла и будете выглядеть довольно глупо — а это именно то, что нужно, ведь Холл своего рода злой парень.

Но если вы выберете дверь, за которой не будет приза, то он предложит вам выбрать другую только в половине случаев, либо же просто покажет вам вашего нового козла, и вы уйдете со сцены. Давайте проанализируем эту новую игру, в которой Монти Холл может решать, предлагать вам шанс выбрать другую дверь или нет.

Предположим, он следует данному алгоритму: если вы выбираете дверь с призом, он всегда предлагает вам возможность выбрать другую дверь, в ином случае он с равной вероятностью предложит вам выбрать другую дверь или подарит козла. Какова вероятность вашего выигрыша?

В одном из трёх вариантов вы сразу выбираете дверь, за которой находится приз, и ведущий предлагает вам выбрать другую.

Из оставшихся двух вариантов из трёх (вы изначально выбираете дверь без приза) в половине случаев ведущий предложит вам поменять решение, а в другой половине случаев — нет.

Половина от 2/3 — это 1/3, то есть в одном случае из трёх вы получите козла, в одном случае из трёх выберете неправильную дверь и ведущий предложит вам выбрать другую, и в одном случае из трёх вы выберете правильную дверь, но он опять же предложит другую.

Если ведущий предлагает выбрать другую дверь, мы уже знаем, что тот один случай из трёх, когда он дарит нам козла и мы уходим, не произошёл. Это полезная информация: она означает, что наши шансы на выигрыш изменились. Два случая из трёх, когда у нас есть возможность выбрать: в одном случае это значит, что мы угадали правильно, а в другом, что мы угадали неправильно, поэтому, если нам вообще предложили возможность выбрать, значит, вероятность нашего выигрыша равна 1/2, и c точки зрения математики неважно, оставаться при своём выборе или выбирать другую дверь.

Как и покер, это игра психологическая, а не математическая. Почему Монти предложил вам выбор? Он думает, что вы простофиля, который не знает, что выбрать другую дверь — «правильное» решение и будет упорно держаться за свой выбор (ведь психологически сложнее ситуация, когда вы выбрали автомобиль, а затем его потеряли)?

Или он, решив, что вы умный и выберете другую дверь, предлагает вам этот шанс, потому что знает, что вы изначально угадали правильно и попадётесь на крючок? Или, может быть, он нетипично для себя добр и подталкивает вас сделать что-то, выгодное для вас, потому что он уже давно не дарил автомобилей и продюсеры говорят, что зрителям становится скучно, и лучше бы в скором времени подарить большой приз, чтобы рейтинги не падали?

Таким образом, Монти удается иногда предлагать выбор, и при этом общая вероятность выигрыша остается равной 1/3. Помните, что вероятность того, что вы проиграете сразу, равна 1/3. Вероятность того, что вы сразу угадаете правильно, равна 1/3, и в 50% этих случаев вы выиграете (1/3 x 1/2 = 1/6).

Вероятность того, что вы сначала угадаете неправильно, но потом у вас будет шанс выбрать другую дверь, равна 1/3, и в половине этих случаев вы выиграете (также 1/6). Суммируйте две не зависящие друг от друга возможности выигрыша — и вы получите вероятность, равную 1/3, поэтому неважно, останетесь вы при своём выборе или выберете другую дверь — общая вероятность вашего выигрыша на протяжении всей игры равна 1/3.

Вероятность не становится больше, чем в той ситуации, когда вы угадали дверь и ведущий просто показал вам, что за ней находится, не предложив выбрать другую. Смысл предложения не в том, чтобы изменить вероятность, а в том, чтобы сделать процесс принятия решения более увлекательным для телевизионного просмотра.

Кстати, это одна из причин, почему покер может быть таким интересным: в большинстве форматов между раундами, когда делаются ставки (например, флоп, терн и ривер в техасском холдеме), постепенно открываются карты, и если в начале игры у вас одна вероятность выиграть, то после каждого раунда ставок, когда открыто больше карт, эта вероятность меняется.

Парадокс мальчика и девочки

Это приводит нас к другому известному парадоксу, который, как правило, всех озадачивает, — парадоксу мальчика и девочки. Единственное из того, о чём я сегодня пишу, что не связано непосредственно с играми (хотя предполагаю, что я просто должен подтолкнуть вас на создание соответствующей игровой механики). Это скорее головоломка, но интересная, и, чтобы её решить, нужно понимать условную вероятность, про которую мы говорили выше.

Задача: у меня есть друг с двумя детьми, хотя бы один ребёнок из них — девочка. Какова вероятность того, что второй ребёнок тоже девочка? Давайте предположим, что в любой семье шансы рождения девочки и мальчика составляют 50/50, и это справедливо для каждого ребёнка.

На самом деле, в сперме некоторых мужчин больше сперматозоидов с X-хромосомой или Y-хромосомой, поэтому вероятность немного меняется. Если вы знаете, что один ребёнок — девочка, вероятность появления второй девочки немного выше, кроме того, есть и другие условия, например, гермафродитизм. Но для решения этой задачи мы не будем принимать это во внимание и предположим, что рождение ребёнка — это независимое событие и рождение мальчика и девочки равновероятны.

Так как речь идёт о шансе 1/2, интуитивно мы ожидаем, что ответ будет, скорее всего, 1/2 или 1/4, или в знаменателе будет какое-то другое число, кратное двум. Но ответ — 1/3. Почему?

Сложность в данном случае в том, что информация, которая у нас есть, сокращает количество возможностей. Предположим, родители — фанаты «Улицы Сезам» и независимо от пола детей назвали их A и B. При нормальных условиях есть четыре равновероятные возможности: A и B — два мальчика, A и B — две девочки, A — мальчик и B — девочка, A — девочка и B — мальчик. Так как мы знаем, что хотя бы один ребёнок — девочка, мы можем исключить возможность, что A и B — два мальчика. Таким образом, у нас остается три возможности — всё ещё равновероятных. Если все возможности равновероятны и их три, то вероятность каждой из них равна 1/3. Только в одном из этих трёх вариантов оба ребёнка девочки, поэтому ответ — 1/3.

И снова о парадоксе мальчика и девочки

Решение задачи становится ещё более нелогичным. Представьте, что у моего друга двое детей и один из них — девочка, которая родилась во вторник. Предположим, что при нормальных условиях ребёнок с равной вероятностью может родиться в каждый из семи дней недели. Какова вероятность того, что второй ребёнок тоже девочка?

Вы можете подумать, что ответ всё равно будет 1/3: какое значение имеет вторник? Но и в этом случае интуиция нас подводит. Ответ — 13/27, что не просто не интуитивно, а очень странно. В чём дело в данном случае?

На самом деле, вторник изменяет вероятность, потому что мы не знаем, какой ребёнок родился во вторник, или, возможно, во вторник родились оба. В данном случае мы используем ту же логику: считаем все возможные комбинации, когда хотя бы один ребёнок — девочка, которая родилась во вторник. Как и в предыдущем примере, предположим, что детей зовут A и B. Комбинации выглядят следующим образом:

  • A — девочка, которая родилась во вторник, B — мальчик (в данной ситуации есть 7 возможностей, по одной для каждого дня недели, когда мог родиться мальчик).
  • В — девочка, которая родилась во вторник, А — мальчик (также 7 возможностей).
  • A — девочка, которая родилась во вторник, В — девочка, которая родилась в другой день недели (6 возможностей).
  • В — девочка, которая родилась во вторник, А — девочка, которая родилась не во вторник (также 6 вероятностей).
  • А и В — две девочки, которые родились во вторник (1 возможность, нужно обратить на это внимание, чтобы не посчитать дважды).

Суммируем и получаем 27 разных равновозможных комбинаций рождения детей и дней с хотя бы одной возможностью рождения девочки во вторник. Из них 13 возможностей, когда рождаются две девочки. Это также выглядит совершенно нелогично — похоже, данная задача была придумана только для того, чтобы вызвать головную боль.

Как решать задачи: классическая вероятность

Пример 1. В группе из 30 студентов на контрольной работе 6 студентов получили «5», 10 студентов – «4», 9 студентов – «3», остальные – «2». Найти вероятность того, что 3 студента, вызванные к доске, получили по контрольной работе «2».

Начинаем решение по пунктам, описанным выше.

  • В задаче речь идет о выборе 3 студентов из группы, которые удовлетворяют определенным условиям.
  • Вводим основное событие $X$ = (Все 3 студента, вызванные к доске, получили по контрольной работе «2»).
  • Так как в задаче происходит только одно испытание и оно связано с отбором/выбором по определенному условию, речь идет о классическом определении вероятности. Запишем формулу: $P=m/n$, где $m$ – число исходов, благоприятствующих осуществлению события $X$, а $n$ – число всех равновозможных элементарных исходов.
  • Теперь необходимо найти значения $m$ и $n$ для этой задачи. Сначала найдем число всех возможных исходов – число способов выбрать 3 студентов из 30. Так как порядок выбора не имеет значения, это число сочетаний из 30 по 3: $$n=C_{30}^3=frac{30!}{3!27!}=frac{28cdot 29 cdot 30}{1cdot 2 cdot 3}=4060.$$ Найдем число способов вызвать только студентов, получивших “2”. Всего таких студентов было $30-6-10-9=5$ человек, поэтому $$m=C_{5}^3=frac{5!}{3!2!}=frac{4 cdot 5}{1cdot 2}=10.$$
  • Получаем вероятность: $$P(X)=frac{m}{n}=frac{10}{4060}=0,002.$$ Задача решена.

Как решать задачи: формула Бернулли

Какова вероятность того, что при 8 бросаниях монеты герб выпадет 5 раз?

Снова по схеме решения задач на вероятность рассматриваем данную задачу:

  • В задаче идет речь о серии одинаковых испытаний – бросаний монеты.
  • Вводим основное событие $X$ = (При 8 бросаниях монеты герб выпадет 5 раз).
  • Так как в задаче происходит несколько испытаний, и вероятность появления события (герба) одинакова в каждом испытании, речь идет о схеме Бернулли. Запишем формулу Бернулли, которая описывает вероятность того, что из $n$ бросков монет герб выпадет ровно $k$ раз: $$ P_{n}(k)=C_n^k cdot p^k cdot (1-p)^{n-k}.$$
  • Записываем данные из условия задачи: $n=8, p=0,5$ (вероятность выпадения герба в каждом броске равна 0,5) и $k=5$
  • Подставляем и получаем вероятность: $$ P(X)=P_{8}(5)=C_8^5 cdot 0,5^5 cdot (1-0,5)^{8-5}=frac{8!}{5!3!}cdot 0,5^8=frac{6cdot 7 cdot 8}{1cdot 2 cdot 3} cdot 0,5^8= 0,219.$$ Задача решена.

Советы

  • Для описания вероятности того, что то или иное событие произойдет, математики обычно используют термин «относительная вероятность». Определение «относительная» означает, что результат не гарантирован на 100 %. Например, если подбросить монету 100 раз, то, вероятно, не выпадет ровно 50 раз орел и 50 решка. Относительная вероятность учитывает это.[13]
  • Вероятность какого-либо события не может быть отрицательной величиной. Если у вас получилось отрицательное значение, проверьте свои вычисления.[14]
  • Чаще всего вероятности записывают в виде дробей, десятичных дробей, процентов или по шкале от 1 до 10.
  • Вам может пригодиться знание того, что в спортивных и букмекерских ставках шансы выражаются как «шансы против» — это означает, что возможность заявленного события оценивается первой, а шансы того события, которое не ожидается, стоят на втором месте. Хотя это и может сбить с толку, важно помнить об этом, если вы собираетесь делать ставки на какое-либо спортивное событие.

Источники


  • https://novstudent.ru/kak-reshat-zadachi-na-veroyatnost/
  • https://zen.yandex.ru/media/umschool/teoriia-veroiatnostei-v-oge-po-matematike-vse-nujnye-formuly-i-reshenie-zadach-dlia-nomera-10-5ea28b4a3ea0b71cd1a2e833
  • https://timelottery.ru/lottery/poschitat-veroyatnost-vyigrysha-legko/
  • https://lotto-smart.ru/536/
  • https://repetitor-mathematics.ru/teoriya-veroyatnosti-formulyi-i-primeryi-resheniya-zadach/
  • https://vc.ru/flood/13049-game-balance-4
  • https://www.MatBuro.ru/tvart_sub.php?p=art_tv
  • https://ru.wikihow.com/%D0%B2%D1%8B%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B8%D1%82%D1%8C-%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%BE%D1%8F%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об Экселе: формулы, полезные советы и решения