Математику многие любят за ее вечные истины: дважды два всегда четыре, сумма четных чисел четна, а площадь прямоугольника равна произведению его смежных сторон. В любой задаче, которую мы решаем на уроках математики, у всех получается один и тот же ответ – нужно только не делать ошибок в решении.

Реальная жизнь оказывается не такой простой и однозначной. Исходы многих явлений невозможно предсказать заранее, какой бы полной информацией мы о них не располагали. Нельзя, например, сказать наверняка, какой стороной упадет брошенная вверх монета или сколько человек в городе захотят в течение ближайшего часа позвонить по телефону. Такие непредсказуемые явления называются случайными.

Можно привести и более обыденные примеры. Под потолком висит лампочка вы не знаете, когда она перегорит. Будет ли завтра снег, никому наверняка неизвестно, даже бюро погоды ошибается. Учитель не знает, сколько ошибок сделает школьник в диктант е

Случай имеет свои законы ! Однако случай тоже имеет свои законы, которые начинают проявляться при многократном повторении случайных явлений. Именно такие закономерности изучаются в специальном разделе математики – Теории вероятностей.

Развитие теории вероятностей с момента зарождения этой науки и до настоящего времени было несколько своеобразным. На первом этапе истории этой науки она рассматривалась как занимательный пустячок, как собрание курьезных задач, связанных в первую очередь с азартными играми в кости и карты.

Основателями теории вероятностей были французские математики Б. Паскаль и П. Ферма, и голландский ученый Х. Гюйгенс Важнейший этап теории вероятностей связан с именем швейцарского математика Я. Бернулли. Им было дано доказательство частного случая закона больших чисел, так называемой теоремы Бернулли.

Строгое логическое обоснование теории вероятностей произошло в XX в. и связано с именами советских математиков С. Н. Бернштейна и А. Н. Колмогорова.

В толковом словаре С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведовой: «Вероятность – возможность исполнения, осуществимости чего-нибудь». Основатель современной теории вероятностей А.Н.Колмогоров: «Вероятность математическая – это числовая характеристика степени возможности появления какого-либо определенного события в тех или иных определенных, могущих повторяться неограниченное число раз условиях».

Случайное событие – это событие, которое может произойти, а может и не произойти в процессе наблюдения или эксперимента в одних и тех же условиях. Равновозможные события – это события, каждое из которых не имеет никаких преимуществ в появлении чаще других при многократных экспериментах, проводимых в одинаковых условиях. Достоверные события – это события, которые при нормальных условиях всегда выполняются обязательно. Невозможные события – это события, которые в данных условиях никогда не происходят

1. О каком событии идёт речь? «Из 25 учащихся класса двое справляют день рождения 30 февраля». А) достоверное; В) невозможное; С) случайное

2. Это событие является случайным: А) слово начинается с буквы«ь»; В) ученику 9 класса 14 месяцев; С) бросили две игральные кости: сумма выпавших на них очков равна 8.

3. Найдите достоверное событие: А) На уроке математики ученики делали физические упражнения; В) Сборная России по футболу не станет чемпионом мира 2005 года; С) Подкинули монету и она упала на «Орла».

4. Среди пар событий, найдите несовместимые. А) В сыгранной Катей и Славой партии шахмат, Катя проиграла и Слава проиграл. В) Из набора домино вынута одна костяшка, на ней одно число очков больше 3, другое число 5. С) Наступило лето, на небе ни облачка.

5. Охарактеризуйте случайное событие: «новая электролампа не загорится». Это событие: А) менее вероятно ; В) равновероятное ; С) более вероятное.

6. Какие события из перечисленных ниже являются противоположными? В колоде карт лежат четыре туза и четыре короля разных мастей. Достают карту наугад. Событие: А) достанут трефового туза; В) достанут туза любой масти; С) достанут любую карту кроме трефового туза.

7. Колобок катится по лесным тропкам куда глаза глядят. На полянке его тропинка расходится на четыре тропинки, в конце которых Колобка поджидают Заяц, Волк, Медведь и Лиса. Сколько исходов для выбора Колобком наугад одной из четырёх тропинок. А) 1; В) 4; С) 5.

8. Два стрелка делают по одному выстрелу в мишень. Сколько исходов двух совместных выстрелов? А) 4; В) 3; С) 2.

9. Два шахматиста играют подряд две партии. Сколько исходов у этого события? А) 4; В) 2; С) 9.

10*. Случайный опыт состоит в выяснении пола детей в семьях с тремя детьми. Сколько возможных исходов у этого опыта? А) 8; В) 9; С) 6.

ЭТО ЧИСЛЕННАЯ МЕРА ОБЪЕКТИВНОЙ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЯВЛЕНИЯ СЛУЧАЙНОГО СОБЫТИЯ. А – некоторое событие, m – количество исходов, при которых событие А появляется, n – конечное число равновозможных исходов. P – обозначение происходит от первой буквы французского слова probabilite – вероятность.

Статистическое определение вероятности Вероятность как предельное значение частоты.

Ошибка Даламбера. Великий французский философ и математик Даламбер вошел в историю теории вероятностей со своей знаменитой ошибкой, суть которой в том, что он неверно определил равновозможность исходов в опыте всего с двумя монетами! Жан Лерон Даламбер ( )

Ошибка Даламбера. Опыт. Подбрасываем две одинаковые монеты. Какова вероятность того, что они упадут на одну и ту же сторону? Решение Даламбера: Опыт имеет три равновозможных исхода: 1) обе монеты упадут на «орла»; 2) обе монеты упадут на «решку»; 3) одна из монет упадет на «орла», другая на «решку». Из них благоприятными будут два исхода. Правильное решение: Опыт имеет четыре равновозможных исхода: 1) обе монеты упадут на «орла»; 2) обе монеты упадут на «решку»; 3) первая монета упадет на «орла», вторая на «решку»; 4) первая монета упадет на «решку», вторая на «орла». Из них благоприятными будут два исхода.

Опыт «Выбор перчаток». В коробке лежат 3 пары одинаковых перчаток. Из нее, не глядя, вынимаются две перчатки. Перечислите все равновозможные исходы. Какой вариант решения правильный: Правило: природа различает все предметы, даже если внешне они для нас неотличимы. 1-ый вариант: 3 исхода: 1) «обе перчатки на левую руку», 2) «обе перчатки на правую руку», 3) «перчатки на разные руки». 2-ой вариант: 4 исхода: 1) «обе перчатки на левую руку», 2) «обе перчатки на правую руку», 3) «первая перчатка на левую руку, вторая на правую», 4) «первая перчатка на правую руку, вторая на левую».

Вывод: Формула классической вероятности дает очень простой способ вычисления вероятностей. Однако простота этой формулы обманчива. При ее использовании возникают два очень непростых вопроса: 1.Как выбрать систему исходов опыта так, чтобы они были равновозможными, и можно ли это сделать вообще? 2.Как найти числа т и п и убедиться в том, что они найдены верно?

ПРОБЛЕМНЫЙ ВОПРОС 1: Можно ли вычислить вероятность событий с помощью ряда экспериментов?

Опыт человечества. Вероятность попасть под дождь в Лондоне гораздо выше, чем в пустыне Сахара. Весь наш жизненный опыт подсказывает, что любое событие считается тем более вероятнее, чем чаще оно происходит. Значит вероятность каким – то образом связана с частотой.

Частота случайного события. Абсолютной частотой случайного события А в серии из N случайных опытов называется число N A, которое показывает, сколько раз в этой серии произошло событие А.

Частота случайного события. Относительной частотой случайного события называют отношение числа появлений этого события к общему числу проведенных экспериментов: Где А – случайное событие по отношению к некоторому испытанию N раз проведено испытание и при этом событие А наступило в N случаях.

Примеры Пример 1. Пример 1. Наблюдения показывают, что в среднем среди 1000 новорожденных детей 515 мальчиков. Какова частота рождения мальчика в такой серии наблюдений?

Примеры Пример 2. Пример 2. За лето на Черноморском побережье было 67 солнечных дней. Какова частота солнечных дней на побережье за лето? Частота пасмурных дней? Ответ: 0,728; 0,272. Ответ: 0,728; 0,272.

Примеры Пример 3. Пример 3. Отдел технического контроля обнаружил 5 бракованных изделий в партии из 1000 изделий. Найдите частоту изготовления бракованных изделий.

Примеры Пример 4. Пример 4. Для выяснения качества семян было отобрано и высеяно в лабораторных условиях 1000 штук. 980 семян дали нормальные всходы. Найдите частоту нормального всхода семян.

ПРОБЛЕМНЫЙ ВОПРОС 2: Может быть, относительную частоту и нужно принять за вероятность?

Фундаментальным свойством Относительных частот (если хотите – законам природы) является тот факт, что с увеличением числа опытов относительная частота случайного события постепенно стабилизируется и приближается к вполне определенному числу, которое и следует считать его вероятностью.

Проверка Пример 5. Пример 5. Подбрасывание монеты. А – выпадает герб. Классическая вероятность: всего 2 исхода, 1 исход события А:

Проверка Французский естествоиспытатель Бюффон бросил монету 4040 раз, и при этом герб выпал в 2048 случаях. Следовательно частота выпадения герба в данной серии испытаний равна:

Проверка Английский математик Карл Пирсон бросал монету раз, причем герб выпал раз. Следовательно, частота выпадения герба в данной серии испытаний равна:

Пример 5 подтверждает естественное предположение о том, что вероятность выпадения герба при одном бросании равна 0,5.

Статистическая вероятность Вероятность случайного события приближенно равна частоте этого события, полученной при проведении большого числа случайных экспериментов:, где - число испытаний, в которых наступило событие А, N – общее число испытаний.

Задача 1. Чтобы определить, как часто встречаются в лесопарке деревья разных пород, ребята провели следующие эксперименты. Каждый выбрал свою тропинку и по пути следования записывал породу каждого десятого дерева. Результаты были занесены в таблицу: Породы Сосна Дуб Береза Ель Осина Всего Число деревьев Оцените вероятность того, что выбранное наугад в этом парке дерево будет: а) сосной; б) хвойным; в) лиственным. Указание. Ответ запишите в виде десятичной дроби с тремя знаками после запятой.

Задача 1. Решение: 0,416 а) A={ выбранное наугад в парке дерево - сосна } N А = 315, N = 757, Р(А) = 315/757 0,416; 0,505 б) В ={ выбранное наугад в парке дерево - хвойное } N А = = 382, N = 757. Р(А) = 382/757 0,505; 0,495 в) C = {выбранное наугад в парке дерево - лиственное} N А = = 375, N = 757. Р(А) = 375/757 0,495.

По статистике, на каждые 1000 лампочек приходится 3 бракованные. Какова вероятность купить исправную лампочку? Задача 2.

Демографы утверждают, что вероятность рождения близнецов равна 0,012. в скольких случаях из рождений можно ожидать появление близнецов? Решение: Ответ: в 120 случаях. Ответ: в 120 случаях. Задача 3.

Вероятностная шкала. Что вероятнее?

Попытаемся расположить на специальной вероятностной шкале события: А={в следующем году первый снег в Москве выпадет в воскресенье}; В={свалившийся со стола бутерброд упадет на пол маслом вниз}; С={при бросании кубика выпадет шестерка}; D={пpu бросании кубика выпадет четное число очков}; Е={в следующем году снег в Москве вообще не выпадет}; F={пpu бросании кубика выпадет семерка}; G={в следующем году в Москве выпадет снег}; Н={при бросании кубика выпадет число очков, меньшее 7}.

Вероятностная шкала Чем больше у случайного события шансов произойти, тем оно более вероятно и тем правее его следует расположить на вероятностной шкале; чем меньше шансов - тем левее. Если два события, на наш взгляд, имеют равные шансы, будем располагать их в одном и том же месте шкалы друг над другом. Вероятность: 0 0,5 1 События: Невозможные Достоверные Случайные

Пример 1. Вова хочет вытянуть наугад одну карту из колоды с 36-ю картами. Маша, Саша, Гриша и Наташа предсказали следующее: Маша: Это будет король. Саша: Это будет пиковая дама. Гриша: Эта карта будет красной масти. Наташа: Эта карта будет пиковой масти.

Решение : Как сравнить между собой шансы предсказателей? Обозначим все события, предсказанные ребятами, буквами: А={Вова достанет короля}; В={Вова достанет пиковую даму}; С={Вова достанет карту красной масти}; D={Вова достанет карту пиковой масти}. Всего в колоде: королей - 4; Р(А)=4/36 пиковая дама - 1; Р(В)=1/36 карт красных мастей-18; Р(С)=18/36 пик- 9; Р(D)=9|36 B A D C

Пример 2. Что вероятнее: А={получить шестерку при подбрасывании кубика} или В={вытянуть шестерку из перетасованной колоды карт}? Как и в предыдущем примере, подсчитаем шансы за осуществление каждого из этих событий. На кубике одна шестерка; в колоде четыре шестерки. Стало быть, событие. В более вероятно? Нет, конечно! Просто мы неверно считали шансы. Ведь когда речь идет о шансах, то говорят не просто «два шанса» или «один шанс», а «два шанса из трех» или «один шанс из тысячи». В примере 1 это не могло привести к ошибке, поскольку там все шансы были «из 36». А вот в этом примере ситуация сложнее: шестерок на кубике -1, а всего граней у куба - 6; шестерок в колоде - 4, а всего карт в колоде - 36.

Решение : Ясно, что «1 шанс из 6» лучше, чем «4шанса из 36», ведь 1/6 больше 4/36. Таким образом, шансы имеет смысл сравнивать как дроби: в числителе - сколько шансов за осуществление данного события, а в знаменателе - сколько всего возможно исходов. Понятно, что если знаменатели одинаковые, то можно сравнивать только числители (что и было сделано в примере 1).

Опыт 1. Выберем на географической карте мира случайную точку (например, зажмурим глаза и покажем указкой). Какова вероятность, что эта точка окажется в России? Число исходов бесконечно. Вероятность будет зависеть от размера карты (масштаба).

Опыт 1. Выберем на географической карте мира случайную точку (например, зажмурим глаза и покажем указкой). Какова вероятность, что эта точка окажется в России? Очевидно, для ответа на вопрос нужно знать, какую часть всей карты занимает Россия. Точнее, какую часть всей площади карты составляет Россия. Отношение этих площадей и даст искомую вероятность.

Общий случай: в некоторой ограниченной области случайно выбирается точка. Какова вероятность, что точка попадет в область А? На прямую L? А L

Геометрическое определение вероятности Если предположить, что попадание в любую точку области равновозможно, то вероятность попадания случайной точки в заданное множество А будет равна отношению площадей: Если А имеет нулевую площадь, то вероятность попадания в А равна нулю. Можно определить геометрическую вероятность в пространстве и на прямой:

Опыт 2. В квадрат со стороной 4 см «бросают» точку. Какова вероятность, что расстояние от этой точки до ближайшей стороны квадрата будет меньше 1 см? Закрасим в квадрате множество точек, удаленных от ближайшей стороны меньше, чем на 1 см. Площадь закрашенной части квадрата 16см 2 – 4см 2 = 12см 2. Значит,

Опыт 3. На тетрадный лист в линейку наудачу бросается монета. Какова вероятность того, что монета пересекла две линии? Число исходов зависит от размеров монеты, расстояния между линиями. 1 рубль

Опыт 4. В центре вертушки закреплена стрелка, которая раскручивается и останавливается в случайном положении. С какой вероятностью стрелка вертушки остановится на закрашенном секторе? Для решения этой задачи можно вычислить площадь закрашенных секторов и разделить ее на площадь всего круга:

Решение тренировочных задач. Задачи 1 – 3.

Задача 1. Дано: АВ=12см, АМ=2см, МС=4см. На отрезке АВ случайным образом отмечается точка Х. Какова вероятность того, что точка Х попадет на отрезок: 1) АМ; 2) АС; 3)МС; 4) МВ; 5) АВ? Решение. 1)A={точка Х попадает на отрезок АМ}, АМ=2см, АВ=12см, 2) В ={точка Х попадает на отрезок АС}, АС=2см+4см=6см, 3) С ={точка Х попадает на отрезок МС}, МС=4см, АВ=12см, 4) D={точка Х попадает на отрезок МВ}, МВ=12см–2см=10см, 5) Е={точка Х попадает на отрезок АВ}, А М С В

Задача 2. Оконная решетка состоит из клеток со стороной 20см. Какова вероятность того, что попавший в окно мяч, пролетит через решетку, не задев ее, если радиус мяча равен: а) 10см, б) 5см? Решение. а) б)

Задача 3. Оконная решетка состоит из клеток со стороной 20см. В решетку 100 раз бросили наугад один и тот же мяч. В 50 случаях он пролетел через решетку не задев ее. Оцените приближенно радиус мяча. Решение.

Вариант 1Вариант 2Вариант 3Вариант 4 1. На столе 12 кусков пирога. В трех «счастливых» из них запечены призы. Какова вероятность взять «счастливый» кусок пирога? 1. В коробке 24 карандаша, из них 3 красного цвета. Из коробки наугад вынимается карандаш. Какова вероятность того, что он красный? 1.В лотерее 100 билетов, из них 5 выигрышных. Какова вероятность выигрыша? 1.В вазе 7 цветков, из них 3 розы. Из букета наугад вынимается цветок. Какова вероятность того, что это роза? 2. В урне 15 белых и 25 черных шаров. Из урны наугад выбирается один шар. Какова вероятность того, что он будет белым? 2. Из чисел от 1 до 25 наудачу выбрано число. Какова вероятность того, что оно окажется кратным 5? 2. В корзине лежат 5 яблок и 3 груши. Из корзины наугад вынимается один фрукт. Какова вероятность того, что это яблоко? 2. В корзине 10 яблок, из них 4 червивых. Какова вероятность того, что любое взятое наугад яблоко окажется не червивым? Самостоятельная работа

Вопросы: 1.Что такое геометрическая вероятность? Каковы формулы геометрической вероятности (на плоскости, на прямой, в пространстве)? 2.Можно ли вычислить геометрические вероятности для опыта, исходы которого не являются равновозможными?

Вопросы: 1.Запишите формулу вычисления вероятности случайного события в классической модели. Поясните, что означает каждая буква в этой формуле. 2.Запишите формулу вычисления вероятности случайного события в статистической модели. Поясните, что означает каждая буква в этой формуле. 3.Какому условию должны удовлетворять исходы опыта, чтобы можно было воспользоваться классическим определением вероятности? 4.Чему равна частота достоверного события? 5.Что такое абсолютная частота? относительная частота? 6.Как частота связана с вероятностью? 7.После 100 опытов частота события А оказалась равна 0, а частота события В равна 1. Можно ли сказать, что событие А невозможное, а событие В – достоверное?

Литература 1.Бунимович Е.А., Булычев В.А. Основы статистики и вероятности 5-11 кл. – М.: Дрофа, Бунимович Е.А., Булычев В.А. Вероятность и статистика в курсе математики основной школы. Лекция 2. – Приложение «Математика» к газете «1 сентября». Лекторий, 18/2007.