数学第十一章课件.ppt
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- 数学 第十一 课件
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1、第十一章 概率论初步随机事件及其概率第一节随 机 变 量第二节随机事件及其概率随机事件及其概率第 一节一、随机事件随机现象随机现象1.在自然界与人类社会生活中,存在着两类截然不同的现象:一类是确定性现象,即在一定条件下必然发生某种结果的现象.例如,早晨太阳必然从东方升起;在标准大气压下,纯水加热到100摄氏度必然沸腾;边长为a、b的矩形,其面积必为ab等.另一类是随机现象,例如:某地区的年降雨量;打靶射击时,弹着点离靶心的距离;测量零件长度产生的误差等.随机现象具有这样的特点:当在相同的条件下多次观察同一现象,每次观察的结果不一定相同,事先很难预料哪一种结果会出现.一、随机事件【例例1 1】一
2、、随机事件解 (1)、(2)为确定性现象,因为它们的结果在一定条件下必然发生(现象(1)或必然不发生(现象(2).(3)、(4)、(5)、(6)是随机现象,因为它们的结果有可能发生,也有可能不发生.某人射击一次,有可能中靶,也有可能不中靶;从5张标签中任取一张,这5张签均有可能被取出;电话机在一分钟内也可能收到0次、1次、3次、4次等呼叫;投掷一枚硬币,可能出现“正面”,也可能出现“反面”.一、随机事件随机试验与随机事件随机试验与随机事件2.为了探索随机现象的规律性,需要对随机现象进行观察或试验.如果这类观察或试验满足:(1)可以在相同的条件下重复进行;(2)其结果具有多种可能性;(3)在每次
3、试验前,不能预言将出现哪一个结果,但知道其所有可能出现的结果.我们把这类观察或试验叫作随机试验.简而言之,就是对随机现象的一次观察或试验.一、随机事件例1中哪些是必然事件,哪些是不可能事件,哪些是随机事件?想一想一、随机事件随机试验的结果叫作随机事件,简称事件,常用大写字母A、B、C、来表示.在一定条件下必然发生的事件叫作必然事件,用表示.在一定条件下必然不发生的事件叫作不可能事件,用表示.例如,某练习投篮的学生决定投篮6次,那么“他投进7次”是不可能事件,“他投进的次数比7小”是必然事件,“他投进4次”是随机事件.一、随机事件在一次试验中,我们常常关心的是所有可能发生的基本结果,它们是试验中
4、不能再分的最简单的随机事件,其他事件可以用它们来描绘,这样的事件叫作基本事件,包含若干基本事件的事件叫作复合事件.例如,掷一枚骰子,观察出现的点数.“出现i点”(i=1,2,6),这6个事件都是基本事件.“出现奇数点”是复合事件,因为它是由“出现1点”“出现3点”“出现5点”这三个基本事件构成的.一、随机事件【例例2 2】一、随机事件随机事件的关系与运算随机事件的关系与运算3.由前面的讨论可知,随机事件与样本空间的子集一一对应,因此我们可以用集合论的术语、记号来描述事件之间的关系和运算.一、随机事件(1)事件的包含与相等.若事件A发生必然导致事件B发生,则称事件A包含于事件B,或称事件B包含事
5、件A,记为AB.事件A、事件B及样本空间的关系如图11-1所示.图图 11-1 11-1一、随机事件(2)事件的和、积、差.事件A与事件B中至少有一个发生的事件,称为事件A与事件B的和(或并),记为AB.事件A与B的和是由A与B的样本点合并而成的事件,如图11-2所示.图图 11-2 11-2一、随机事件事件A与事件B同时发生的事件,称为事件A与事件B的积(或交),记为AB,也可简写为AB.事件A与B的积是由A与B的公共的样本点所构成的事件,如图11-3所示.图图 11-3 11-3一、随机事件类似地,可列个事件A1,A2,A3,的积可记为i=1Ai,n个事件A1,A2,A3,An的积可记为n
6、i=1Ai.事件A发生而事件B不发生的事件,称为事件A与事件B的差,记为A-B.事件A与B的差是由属于A而不属于B的样本点所构成的事件.一、随机事件(3)事件的互不相容(互斥).若AB=,则称事件A与事件B互不相容(互斥).A与B互不相容,是指事件A与事件B不能同时发生,例如,基本事件是两两互不相容的,如图11-4所示.图图 11-4 11-4一、随机事件(4)对立事件.若AB=,且AB=,则称事件A与事件B件互为对立事件(或逆事件),A与B对立,是指事件A与事件B既不能同时发生又不能同时不发生,即在每次试验中,A与B有且仅有一个发生.A的对立事件记为A.显然,A=A,如图11-5所示.图图
7、11-5 11-5一、随机事件学习提示学习提示一、随机事件 由定义可知,对立事件必为互不相容;反之,互不相容的两个事件未必为对立事件.事件的运算与集合的运算类似,满足下面的规律:设A,B,C为事件,则有交换律:AB=BA;AB=BA.结合律:A(BC)=(AB)C;A(BC)=(AB)C.分配律:A(BC)=(AB)(AC);A(BC)=(AB)(AC).一、随机事件学习提示学习提示(1)德摩根律也称为对偶律,在处理关于和事件、积事件和对立事件三种关系时经常会使用到.(2)可以借助Venn图帮助分析和理解事件的运算律.一、随机事件一、随机事件【例例3 3】一、随机事件【例例4 4】二、频率与概
8、率随机现象具有不确定性,但是它的发生是否就无规律可言呢?人们通过长期研究发现,观察一两次随机现象,它的结果确实无法预料,也看不出什么规律对同类现象做大量重复观察后,往往可归纳出一定的规律我们先看两个试验:二、频率与概率试验1 掷币试验表11-1是前人掷硬币试验的结果:观察结论:尽管每轮试验次数各不相同,但出现正面的次数与试验次数的比值mn却呈现一定的规律性,即它总在0.5上下波动二、频率与概率试验2 发芽试验表11-2是对某品种大豆进行发芽试验的结果:二、频率与概率学习提示学习提示(1)频率和概率是两个不同的概念,随机事件的频率与试验次数有关,而概率与试验次数无关,因为事件发生的可能性的大小是
9、客观存在的(2)频率是概率的一个近似.在实际应用中,当试验次数足够大时,我们通常用频率近似代替概率二、频率与概率上述两个试验告诉我们:在大量重复试验时,事件“出现正面向上”“种子发芽”发生的频率均具有稳定性.频率的稳定性揭示出随机事件发生的可能性有一定的大小在一个“常数”附近摆动.一般地,在大量重复试验时,事件A发生的频率mn总是接近某个常数,并在其附近摆动,那么这个常数叫作事件A的概率,记作P(A)概率描述了事件A发生的可能性的大小二、频率与概率【例例5 5】(1)计算表中合格品的各个频率;(2)从这批产品中抽取一个合格产品的概率约是多少?解 (1)合格品频率mn分别为:0.8,0.95,0
10、.88,0.92,0.89,0.91.(2)从这批产品中抽取一个合格产品的概率约是0.9.三、概率的简单性质某彩票的中奖概率为11 000,是否意味着买1 000张彩票就一定能中奖?思考与讨论三、概率的简单性质从概率的定义中,我们可以看出事件A的概率P(A)具有下列性质:性质1 0P(A)1.性质2 P()=1.性质3 P()=0.我们先通过实例引入3个关于事件的概念:互斥事件、事件的并和对立事件.三、概率的简单性质【例例6 6】三、概率的简单性质设事件D为“出现偶数点或5点”.若事件A和事件B中至少有一个发生,则D发生.我们把事件D叫作事件A与事件B的并(或和),记作AB(或A+B).三、概
11、率的简单性质学习提示学习提示公式(11-1)可以推广到多个两两互斥事件.如果事件A1,A2,An两两互斥,则P(A1A2An)=P(A1)+P(A2)+P(An).三、概率的简单性质性质4 如果事件A与事件B是互斥事件,则P(AB)=P(A)+P(B).(11-1)根据性质4,例6中(1)“出现偶数点或5点”的概率是显然,例6中,A与C是互斥事件,且A与C必有一个发生,即 AC=.像这样,在一个试验中,不能同时发生且必有一个发生的两个事件叫作对立事件.事件A的对立事件记作A.三、概率的简单性质根据对立事件的定义,对立事件必然是互斥事件,所以事件A与事件A满足公式(11-1),即P(A)+P(A
12、)=1.(11-2)例6中,A与C是对立事件,即C=A,因此(2)“出现奇数点”的概率是三、概率的简单性质对立事件一定是互斥事件,那么互斥事件是不是对立事件?想一想三、概率的简单性质课堂练习课堂练习三、概率的简单性质【例例7 7】三、概率的简单性质解 设事件A是“中一等奖”,B是“中二等奖”,C是“中三等奖”,D是“中奖”.(1)由于D=ABC,又因为A,B,C两两互斥,所以由公式(10-1)得事件D的概率为P(D)=P(ABC)=P(A)+P(B)+P(C)=0.1+0.2+0.4=0.7.(2)事件D的对立事件D为“不中奖”,所以由式(10-2)得不中奖的概率为P(D)=1P(D)=10.
13、7=0.3.随随 机机 变变 量量第 二 节第 二 节 随 机 变 量在随机试验中,人们除了对某些特定事件发生的概率感兴趣外,往往还关心某个与随机试验的结果相联系的变量.由于这一变量的取值依赖于随机试验的结果,因而被称为随机变量.与普通的变量不同,对于随机变量,人们无法事先预知其确切取值,但可以研究其取值的统计规律性.本节将介绍两类随机变量及描述随机变量统计规律性的分布.一、随机变量的概念为全面研究随机试验的结果,揭示随机现象的统计规律性,需要将随机试验的结果数量化,即把随机试验的结果与实数对应起来.例如:(1)举例说明结果中含有数字与不含数字的随机试验.(抛硬币试验与掷骰子试验)(2)如果用
14、一个字母表示随机试验结果中的数字,问怎样用这个方法表示结果中不含数字的随机试验.(以抛硬币试验为例)一、随机变量的概念上述表明,随机试验的结果都可用一个实数来表示,这个数随着试验的结果不同而变化,因而它是样本点的函数,这个函数就是我们要引入的随机变量.一、随机变量的概念一般地,某随机试验E产生了样本空间,如果对于每一个样本点,都有唯一确定的实数X()与之对应,则称X()是一个随机变量(可简记为X).通常,我们用大写英文字母X,Y,Z,T,或小写希腊字母,表示随机变量,而随机变量的具体取值则用小写字母x,y,z,t,表示.一、随机变量的概念学习提示学习提示若是随机变量,=a+b(a,b是常数),
15、则也是随机变量.一、随机变量的概念随机变量与之前学过的函数比较,有下列特点:第一,它们都是实值函数,但前者是样本点的函数,即在试验前只知道其可能的取值范围,而不能预先肯定将取哪个值.第二,由于试验结果的随机性,各个结果的出现有一定的规律,因此随机变量的取值也有随机性,有一定的规律.一、随机变量的概念例如:(1)对产品质量检验的随机试验,用X表示检测到的次品的数量,则X=i表示发现i件次品的事件.(2)做灯泡的寿命测试的试验,用Y表示灯泡的寿命(单位:小时),则Y=5 000就表示“灯泡寿命是 5 000 小时”这一事件.(3)用Z表示某地区每年某一天里每时每刻的天气温度,则12Z18表示这一天
16、温度变化在12与18之间的事件.一、随机变量的概念由此可见,随机事件这个概念实际上是包含在随机变量这个更广的概念内.也可以说,随机事件是从静态的观点来研究随机现象的,而随机变量则以动态的观点来研究随机现象.随机变量概念的产生是概率论发展史上的重大事件.引入随机变量后,对随机现象统计规律性的研究,就由对事件及事件概率的研究转化为随机变量及其取值规律的研究,使人们可利用数学分析的方法对随机试验的结果进行广泛而深入的研究.随机变量因其取值方式不同,通常分为离散型和非离散型两类,而非离散型随机变量中最重要的是连续型随机变量.一、随机变量的概念离散型随机变量 随机变量的取值是可以一一列举的,其取值是有限
17、个或可列个.如掷硬币、掷骰子与产品质量检验等试验.连续型随机变量 随机变量的可能取值充满一区间或在某一段是离散的,在另一段又是连续的,它的取值不能一一列举出来.如观察灯泡寿命和天气温度等试验.今后,我们主要讨论离散型随机变量和连续型随机变量.二、随机变量及其分布学习提示学习提示求离散型随机变量分布列的基本步骤为:确定随机变量的所有可能的值xi;求出各取值的概率P(=)(i)=Pi;列出表格,即为概率分布列.二、随机变量及其分布离散型随机变量及其分布列离散型随机变量及其分布列1.定义1 设离散型随机变量X所有可能取值为xk(k=1,2,),且X取各可能值的概率为PX=xk=pk(k=1,2,),
18、则称上式为离散型随机变量X的概率分布或分布列.分布列也可以用表格的形式表示:二、随机变量及其分布 由概率的定义,分布列满足下列两条性质:(1)非负性:pk0(k=1,2,).(2)完备性:k=1pk=1.这两条性质也是判断是否为分布列的条件.例如,前面所说的掷硬币的随机变量X的分布列可表示为二、随机变量及其分布【例例1 1】二、随机变量及其分布二、随机变量及其分布【例例2 2】二、随机变量及其分布三种重要的离散型随机变量的概率分布三种重要的离散型随机变量的概率分布2.(1)01分布.定义2 设随机变量X只可能取0与1两个值,0p1,分布列为 也可以表示为PX=k=pk(1-p)1-k,k=0,
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