Файл: Агекян Т.А. Теория вероятностей для астрономов и физиков учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.06.2024

Просмотров: 133

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

8

СЛУЧАЙНОЕ СОБЫТИЕ

[ГЛ. 1

§ 2. Поле случайных событий

Введем систему обозначений. Пусть А — некоторое событие, которое может произойти при выполнении не­ которого комплекса условий. Обозначим

А

(1.1)

событие, состоящее в том, что при выполнении данного комплекса условий событие А не произошло. А называет­ ся дополнением А . События А я А называются противо­ положными событиями. Очевидно, что

I - А.

Пусть А и В — события, каждое из которых может слу­ читься при выполнении некоторого комплекса условий. Условимся обозначать

А + В

(1.2)

событие, состоящее в том, что произошло хотя Гы одно из событий А и В. Событие (1.2) называется суммой или объединением А я В. Например, назовем событием А появление валета при извлечении из колоды игральной карты, а событием В — появление карты масти треф. Событие А + В происходит, если извлеченная игральная карта оказалась одним из валетов либо любой картой масти треф, в том числе и трефовым валетом.

Аналогично, событие

А + В + С

состоит в том, что произошло хотя бы одно из событий А, В и С. Например, если А есть появление 1, В — появ­ ление 3, С — появление 5 при бросании игральной кос­ ти, то А + В + С есть событие, состоящее в появлении нечетной цифры. Легко убедиться, что справедлив соче­ тательный закон

+ В) + С = А + (В + С) = А + В + С,

Условимся обозначать

АВ

(1.3)

§ 2J

ПОЛЕ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ

9

событие, состоящее в том, что при выполнении Комплекса условий случилось и событие А и событие В. Событие

(1.3) называется произведением или пересечением А и В. В приведенном выше примере с игральными карта­ ми событие АВ произошло, если извлечен трефовый валет.

Выполняется сочетательный закон

(АВ)С = А(ВС) = АВС.

Легко также убедиться в справедливости равенств

А + В = А -В, А + В =~АВ

(1.4)

и выполнении распределительного закона

+ В)С = АС + ВС.

(1.5)

В некоторых случаях рассматриваемое событие таково, что при выполнении данного комплекса условий оно не может случиться. Такое событие называется невозможным. Если, например, в урне имеются только белые шары, то извлечение из нее черного шара является невозмож­ ным событием. Условимся обозначать невозможное со­ бытие буквой V. Легко убедиться в справедливости равенства

А А = V.

(1.6)

Если при выполнении некоторого комплекса условий

рассматриваемое событие

обязательно произойдет,

то

такое событиеназывается

достоверным. Например,

если

в урне имеются только белые шары, то при извлечении шара событие, состоящее в том, что он белый, является достоверным событием Условимся обозначать достоверное

событие буквой U. Очевидна справедливость

равенства

А +

А = U.

(1.7)

Нетрудно убедиться в справедливости равенств

О — V, А + U — A, A -U = U,

(1.8)

A + V = V, A -V = А.



10

СЛУЧАЙНОЕ СОБЫТИЕ

[гл. 1

Рассмотрим

случайные события А и В.

Выше было

показано, что при помощи операций (1.1) — (1.3), можно ввести в рассмотрение ряд новых событий. Казалось бы, выполняя эти операции многократно, можно ввести в

рассмотрение бесчисленное множество событий. Однако, как показывают, например, равенства (1.4) и (1.8), пов­ торное применение рассмотренных операций может при­ водить к повторению одних и тех же событий.

Совокупность событий называется полем событий, ес­ ли выполнение операций (1.1) — (1.3) над событиями поля приводит снова к событиям, принадлежащим полю.

Наряду

с событием А поле событий содержит

событие

А .

Наряду с событиями Л, В оно содержит события А В

и

АВ.

Вследствие

равенств (1.6)

и (1.7)

поле

событий

всегда включает невозможное и достоверное события.

 

Например, после случайных событий, порожденное

случайным событием А,

включает

 

 

 

 

 

 

 

A,

A, U, V.

 

 

(1.9)

 

Равенства

(1.6)

— (1.8)

показывают, что (1.9) дейст­

вительно является

полем

случайных событий.

 

 

Поле случайных событий, порожденное случайными

событиями А и В, состоит из

 

 

 

А,

В,

А,

В, А В,

 

A -f- В,

А В,

А В,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.10)

АВ, АВ, АВ, АВ , АВ + АВ, А в + АВ, U, V.

Любая из операций (1.1) — (1.3), выполненная над собы­ тиями (1.10), снова приводит к одному из событий (1.10). Например,

~АБ = Л + В,

В -}- А В) А В = А В = А -(- В ,

(.А + В) (А + В) = АВ + АВ.

§ 3. Полная система событий

Если при выполнении некоторого комплекса условий появление события А делает достоверным событие В, то мы будем говорить, что событие В содержит в себе собы­ тие А, и обозначать это свойство событий так: А а В.


§ 3]

ПОЛНАЯ СИСТЕМА СОБЫТИЙ

И

Например,

при бросании игральной

кости событие,

состоящее в появлении 1, делает достоверным событие, состоящее в появлении нечетной цифры, следовательно,

событие {появление нечетной цифры}

содержит событие

{появление 1}.

если А d В, обратное утвержде­

В

общем случае,

ние

не справедливо,

т. е. появление

В не делает досто­

верным А. В приведенном выше примере появление нечетной цифры не делает достоверным появление еди­ ницы.

В частном случае могут быть справедливыми как со­ отношение A CZ В, так и соотношение В d А. В таком случае события А и В называются равносильными, т. е. А = В. Если, например, в урне имеются шары различ­ ных диаметров, то событие А, состоящее в извлечении шара наименьшего радиуса, и событие В, состоящее в извлечении шара наименьшего объема, являются равно­ сильными событиями.

По этой причине все достоверные события (при выпол­ нении данного комплекса условий) являются равносиль­ ными, и мы можем все достоверные события обозначать одной и той же буквой (U). Аналогично равносильны все невозможные события (F).

Если при выполнении некоторого комплекса условий появление события А не делает невозможным появление события В, то события А и В называются совместимыми событиями. В противном случае события называются

несовместимыми.

При извлечении из колоды одной игральной карты события {появление валета} и {появление дамы} яв­ ляются несовместимыми событиями. Но события {появ­

ление валета} и {появление карты масти

треф} — сов­

местимы.

 

Пусть

 

А = Ci + С2 + • • • + Ст,

(1.11)

т. е. А обозначает событие, состоящее в наступлении хотя бы одного из событий С1, С2, . . ., Ст. Если все

события Сг, С2, .

. ., Ст попарно

несовместимы и спра­

ведливо] равенство

(1.11), то говорят, чтобы

событие

А

. подразделяется

на частные

случаи Сг,

Ct, . . .

• ч Ст.

 

 

 


12

СЛУЧАЙНОЕ СОБЫТИЕ

[ГЛ. 1

Система

несовместимых событий

 

 

с » Сь, . . Ст

(1.12)

называется полной системой событий, когда известно, что при выполнении комплекса условий одно из событий этой системы должно с достоверностью произойти. Для полной системы Сг, С2, . . ., Ст очевидно равенство

Сх + с 2 + • • • + с т = и.

(1.13)

Простейшей полной системой событий является система

А, А.

§ 4. Понятие вероятности случайного события

При выполнении соответствующего комплекса усло­ вий достоверное событие обязательно произойдет, а не­ возможное событие обязательно не произойдет.

Среди тех событий, которые при выполнении комп­ лекса условий могут и произойти и не произойти, на появление одних можно рассчитывать с большим основа­ нием, на появление других — с меньшим. Если, напри­ мер, в урне белых шаров больше, чем черных (шары от­ личаются только цветом, и перед извлечением шара урну встряхивают, чтобы шары хорошо перемешались), то рассчитывать при извлечении шара на появление белого шара больше оснований, чем на появление черного. Мы скажем, что вероятность появления белого шара больше вероятности появления черного шара. Таким образом, вероятность события есть величина, определяющая, нас­ колько значительны объективные основания рассчитывать на появление этого события. Необходимо подчеркнуть, что вероятность события есть объективная величина, существующая независимо от познающего субъекта и определяемая всей совокупностью условий, при которых может произойти событие.

Объяснение, которое мы дали понятию вероятности, не является математическим определением, так как оно не определяет; это понятие количественно.

Исчерпывающей математической формулировки поня­ тия вероятности не существует. Однако важное значение имеют два определения этого понятия, являющиеся част-

§ 5]

КЛАССИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ

13

ными определениями, применимыми в некоторых опре­ деленных условиях. Это так называемые: 1) классичес­ кое определение вероятности события и 2) статистическое определение вероятности события.

§5. Классическое определение вероятности события

Классическое определение вероятности события сво­ дит это понятие к более элементарному понятию равно­ возможных событий, которое уже не подлежит определе­ нию и предполагается интуитивно ясным. Например, при бросании игральной кости, имеющей правильную форму (куб), все шесть событий появления цифр 1, 2, 3, 4, 5, 6 являются равновозможными событиями.

Условимся посредством Р (А ) обозначать вероятность события А.

Пусть событие А представляет собой реализацию од­ ного из равновозможных случаев, входящих в состав полной системы равновозможных событий, т. е.

А = Сг + С2 + . . . + Ст,

(1.14)

U — Ci + С2 + . . . + Ст + Ст+1 + . • • + Сп. (1.15)

События Сц С2, . . ., Ст мы будем называть благоприят­ ными для события А, так как появление одного из них делает достоверным появление события А . События Cm+i, С771+21 • . ., Сп неблагоприятны для события А. Появление одного из них делает невозможным появление события А.

Тогда вероятность события А равна отношению числа благоприятных событий к общему числу равновозмож­ ных событий, т. е.

Р(Л) = -^-, /п<тг.

(1.16)

Согласно этому определению вероятности события по­ лучаем

/ >(С1) = Р (С 2) = . . . = Р (С п) = -1 -,

(U 7 )