摘要:在教学中经常碰到不可能事件和必然事件,我们都知道其相应的概率分别是0和1;但概率是0和1时,常有人相应地误以为它们一定对应着不可能事件和必然事件。本文讨论的就是这种错误思想的成因,和用具体例子来正确认识这个问题。
概率论是研究自然界、人类社会及技术过程中大量随机现象规律性的一门数学分支。随着现代科学技术迅速发展,这门学科得到蓬勃发展,在自然科学、经济、人文、管理、工程技术等众多领域有越来越多的应用。
但在我们高中阶段引入概率知识后,本人发现很多学生在学习了概率的初步知识后认为“概率是0相应的事件就不发生”,在本人的教学学习活动中也发现不少教师在这一概念上不甚清楚,甚至给出“概率值是1相应的事件必然发生”这样犯了科学性错误的结论。下面我们先来看两个例子。
例1.抛掷一颗骰子(假设骰子的质地是均匀的),它落地时 向上的数可能是1,2,3,4,5,6中六个数字之一,求结果是3的平方的概率。
例2.在100件产品中,有95件合格品,5件次品,从中任 取6件,求取得的6件产品都是次品的概率。
如以上这样的例子,其所求中的事件都是不可能事件,不可能发生的,相应的概率值都是0,因此造成很多人认为“概率是0相应的事件就不发生”。
接下来我们再看两个例子。
例3.在自然数集里任取一个数,求取到的数恰好是2的概率。
例4.在闭区间 上任取一个数,求取到的数恰好是 的概率。
在这两个例子中,我们很容易得到所求事件的概率都是0。但是我们也很显然的知道,在例3和例4当中的事件并不是不可能发生的,不是不可能事件,在这两个例题中的事件都有可能发生!“概率是0相应的事件就不发生”这个结论在这两个例题中是错误的!
是什么原因造成这种结果呢·其实是我们在教学过程中没有很好的把握概率学中的基本概念,没有深刻理解概率的定义。
其实概率的定义有多种形式,如以下三种定义形式:
1.概率的统计定义:在相同的条件下做大量的重复试验,一个事件出现的次数k和总的试验次数n( )之比,称为这个事件在这n次试验中出现的频率。当试验次数n很大时,频率将‘稳定’在一个常数附近。n越大,频率偏离这个常数大的可能性越小。这个常数称为该事件的概率。
2.概率的古典定义为:在随机试验中有这样一类随机试验,试验的结果只有有限多个,且这些试验结果出现的可能性都是等可能的,称这样的试验为古典型随机试验。对于古典型随机试验,如果试验的全部结果有n个,其中有且仅有m﹝m n﹞个结果导致随机事件A发生,则称比值m/n为随机事件A的概率。
3.概率的公理化定义为:概率是定义在 F上的一个非负的、规范的、可列可加的集函数。
在高中课程中我们学习了概率的统计定义和古典定义。如果使用统计学派的定义,那在我们讨论时,频率与概率两个概念的区别要弄清楚,概率是频率的极限,而若频率是一个无穷小量,那么它的极限即概率为0,但并不意味着这件事情不会发生,这是概率统计课程中的小概率原理。也就是说,在作统计推断时,认为在一次试验中,概率很小的事件几乎不会发生,若该事件发生了,就认为事件的概率不是很小,这种合乎情理的推理原理称为小概率原理。小概率原理之所以合乎情理,它的理论依据是伯努利大数定律。伯努利大数定律指出:事件A发生的概率与其发生的频率很接近,这样概率很小的事件发生的频率也很小,因而在一次试验中就认为A王林事件始末不会发生。但如果重复进行了次数足够多的实验,小概率事件还是会发生。概率为0的事件有两种,一种是频率和概率都为0的不可能事件,另一种是“频率”为无穷小量的“零概率”事件,当实验的次数足够多,后一种事件可能发生,这就是0概率事件可能发生。
在古典概率中对于概率的定义中很重要的一点是:随机试验只有有限个不同的基本事件。因此在古典概型中,0概率事件不可能发生,必为不可能事件,“概率是0相应的事件就不发生”这个结论在古典概型中是正确的!而例3和例4相应于例题中的问题而言不是古典概型,没有满足古典概型中要求所有可能结果“有限”这个条件。
例3中所求的概率值可以认为属于频率的极限值,是根据概率的统计定义得到的;例4中的概率值可以看作是由概率的公里化定义得到的,点 的测度是0。
所以简单地认为“概率是0相应的事件就不发生”,这实际上是对数学中的概念定义不清造成的理解歧义。因此,0概率事件可能发生也可能不发生。从而,根据对立事件的相互关系,我们还可进一步地得到结论:概率是1的事件可能发生也可能不发生!如:
例5.在闭区间Ω=[0,1]上任取一个数,求事件A:取到的数在区间[0,1)内的概率。
解:按照几何概率:
例6.有一个随机点在Ω={(x,y)|x2+y2≤1,x∈R,y∈R}上随意游动, 令A={(x,y)|x2+y2
解: 按照几何概率:
在上面两个例题中A的概率虽然都为1,但在例5中可能取到点1;在例6中有可能取到 上的点。也就是说,事件A发生的概率即使为1也不一定发生,概率是1的事件不一定是必然事件!
参考书目:
(1)《概率论与数理统计教程》魏宗舒等编
(2)《概率论基础及其应用》王梓坤
(3)《高中新课程必修课教与学》王林全等
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