等可能性在概率中的运用

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  概率论是用数字刻画事件发生可能性大小的数学分支,它探讨随机现象的规律性,为人们认识世界提供了重要的模式和方法。“36选7”是确定体育彩票中间号码时所采用的一种常规方法,是古典概型的一个典型例子;飞镖的命中率是几何概型的一个典型例子。这两种概型都有一个共同的特点:基本事件的发生都是等可能性的。比如,投资者在买进某种股票时,投资有增值和减值两种可能,这里不具备任何等可能性的特征。在现实的教学中不难发现,学生由于忽视事件发生的等可能性,导致概率的学习存在不少的问题。
  一、古典概型中的等可能性
  古典概型是一种特殊的数学模型,古典概型在概率论中只有相当重要的地位,是学习概率必不可少的内容。它有两个特征:(1)试验的所有可能出现的基本事件只有有限个;(2)每个基本事件出现的可能性相等。一个模型只有满足这两个特征时,才能用随机事件的概率公式。
  例1 同时投掷两个骰子,计算向上的点数之和是7的概率是多少?
  错解1 投掷出现的点数之和一共有11种可能,分别为2,3,4,…,12,因此点数之和为7的概率为111。
  剖析 如果我们以投掷出现的点数作为考察对象,则基本事件一共有11种可能,但是这里的每一种结果出现的机会不是均等的,如2出现1次,5出现4次,而7出现6次,因而以点数之和作为考察对象,它不是等可能行事件。
  错解2 所有可能的结果有(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),(2,2),(2,3),(2,4),(2,5),(2,6),(3,3),(3,4),(3,5),(3,6),(4,4),(4,5),(4,6),(5,5),(5,6),(6,6)共21种,和是7的结果有3个,它们是(1,6),(2,5),(3,4),所求概率为321=17。
  剖析 错解中给出的21种基本事件不是等可能性发生的,需要对其进行编号,如果不标上记号,类似于(1,2)和(2,1)是没有区别的。
  正解 以两次投掷分别出现的点数作为考察对象,则基本事件由有序数对(m,n)组成,共有36种可能,它们的出现是等可能的。事件向上的点数之和是7 一共包含了(1,6),(2,5),(3,4),(4,3),(5,2),(6,1)这6种基本事件,因此向上的点数之和是7的概率为636=16。
  点评 古典概型求基本事件时,一定要从等可能性入手,对照基本事件的含义和特征进行思考,并将所有可能的基本事件一一列举出来。同时,一次实验中的“可能结果”实际是针对特定的观察角度而言的。例如,甲、乙、丙、丁四名同学站成一排,求甲站在两端的概率。若从四名同学的站位来看,共有4×3×2×1=24种结果,而甲站在两端一共有12种结果,因此概率为12;若仅从甲的站位看,则结果只有四种,甲站在“1号位”,“2号位”,“3号位”,“4号位”四种结果,甲在两端有2种结果,因此概率为12。
  二、几何概型中的等可能性
  几何概型也是一种概率模型,在每次随机试验中,不同的试验结果有无限多个,即基本事件有无限个;在这个随机试验中,每个试验结果出现的可能性相等,即基本事件是等可能的。它的特点是试验结果在一个区域内均匀分布,所以随机事件概率大小与随机事件所在区域的形状,位置无关,只与该区域的大小有关。如果随机事件所在区域是一个单点,由于单点的长度,面积,体积均为0,则它出现的概率为0,但它不是不可能事件;如果一个随机事件所在区域是全部区域扣除一个单点,则它出现的概率为1,但它不是必然事件。
  例2 在等腰直角三角形ABC中,过直角顶点C在∠ACB内部任作一条射线,与线段AB交于点M,求AM  错解 记“AM  剖析 显然,点M随机地落在线段AB上,但并不是等可能的,射线CM在∠ACB内才是等可能分布的,因此需要从角度分析。若将题目条件改为在斜边上AB任取一点M,点M地落在线段AB才是等可能的,上述解法才是正确的。
  正解 射线 CM在∠ACB内才是等可能分布的,在线段AB上截取AE=AC,连接CE,则∠ACE=675°,记“AM  变式 在等腰直角三角形△ABC中,C为直角顶点,在三角形内取点N,连CN交AB于点M,求AM  剖析 点N随机落在直角三角形△ABC中,并且点N等可能的落在直角三角形ABC中,记“AM  点评 上述问题都是求AM  反思 求与长度(角度)有关的几何概型的概率,首先,确认是否符合几何概型的特点。其次,把题中所表示的几何概型转化为长度(角度),然后求解,要特别注意“长度型”与“角度型”的不同。求与面积有关的几何概型的概率,首先确定所求事件构成的区域图形,判断是否为几何概型,其次分别求出Ω和所求事件对应的区域面积,用几何概型的概率公式求解。
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