Вероятность – одно из основных понятий теории вероятностей.
Существует несколько определений этого понятия. Приведем определение, которое называют классическим. Далее укажем слабые стороны этого определения и приведем другие определения, позволяющие преодолеть недостатки классического определения.
Рассмотрим ситуацию: В ящике содержится 6 одинаковых шаров, причем 2 – красные, 3- синие и 1-белый. Очевидно, возможность вынуть наудачу из урны цветной (т. е. красный или синий) шар больше, чем возможность извлечь белый шар. Эту возможность можно охарактеризовать числом, которое и называют вероятностью события (появления – цветного шара).
Вероятность – число, характеризующее степень возможности появления события.
В рассматриваемой ситуации обозначим:
Событие А =”Вытаскивание цветного шара”.
Каждый из возможных результатов испытания (испытание состоит в извлечении шара из урны) назовем элементарным (возможным) исходом и событием. Элементарные исходы можно обозначать буквами с индексами внизу, например: k1, k2.
В нашем примере 6 шаров, поэтому 6 возможных исходов: появился белый шар; появился красный шар; появился синий шар и т.д. Легко видеть, что эти исходы образуют полную группу попарно несовместных событий (обязательно появится только один шар) и они равновозможные (шар вынимают наудачу, шары одинаковы и тщательно перемешаны).
Элементарные исходы, в которых интересующее нас событие наступает, назовем благоприятствующими исходами этому событию. В нашем примере благоприятствуют событию А (появлению цветного шара) следующие 5 исходов:
Таким образом, событие А наблюдается, если в испытании наступает один, безразлично какой, из элементарных исходов, благоприятствующих А. Это появление любого цветного шара, которых в ящике 5 штук
Вероятностью события А будем считать число, равное отношению количества благоприятствующих событию А элементарных исходов к их общему количеству. Обозначают Р(А)
В рассматриваемом примере элементарных исходов 6; из них 5 благоприятствуют событию А. Следовательно, Р(А)= 5/6. Это число дает ту количественную оценку степени возможности появления цветного шара.
Определение вероятности:
Вероятностью события А называется отношение числа благоприятствующих этому событию исходов к общему числу всех равновозможных несовместных элементарных исходов, образующих полную группу.
Р(А)=m/n или Р(А)=m: n, где:
m -число элементарных исходов, благоприятствующих А;
п - число всех возможных элементарных исходов испытания.
Здесь предполагается, что элементарные исходы несовместные, равновозможные и образуют полную группу.
Из определения вероятности вытекают следующие ее свойства:
1. Вероятность достоверного события равна единице.
Действительно, если событие достоверно, то каждый элементарный исход испытания благоприятствует событию. В этом случае m = n следовательно, p=1
2. Вероятность невозможного события равна нулю.
Действительно, если событие невозможно, то ни один из элементарных исходов испытания не благоприятствует событию. В этом случае m=0, следовательно, p=0.
3. Вероятность случайного события есть положительное число, заключенное между нулем и единицей. 0<p(n)<1. Действительно, случайному событию благоприятствует лишь часть из общего числа элементарных исходов испытания. В этом случае 0 < т < n.
В последующих темах будут приведены теоремы, которые позволяют по известным вероятностям одних событий находить вероятности других событий.
Промер. В группе студентов 6 девушек и 4 юношей. Какова вероятность того, что наудачу выбранный студент будет девушка? будет юноша?
pдев = 6 / 10 =0,6 pюн = 4 / 10 = 0,4
Понятие “вероятность” в современные строгие курсы теории вероятностей построены на теоретико-множественной основе. Рассмотрим некоторые моменты такого подхода.
Пусть в результате испытания наступает одно и только одно из событий: wi (i=1, 2, …. п). События wi,- называется элементарными событиями (элементарными исходами). О тсюда следует, что элементарные события попарно несовместны. Множество всех элементарных событий, которые могут появиться в испытании, называют пространством элементарных событий Ω (греческая буква омега заглавная), а сами элементарные события – точками этого пространства..
Событие А отождествляют с подмножеством (пространства Ω), элементы которого есть элементарные исходы, благоприятствующие А; событие В есть подмножество Ω, элементы которого есть исходы, благоприятствующие В, и т, д. Таким образом, множества всех событий, которые могут наступить в испытании, есть множество всех подмножеств Ω, Само Ω наступает при любом исходе испытания, поэтому Ω – достоверное событие; пустое подмножество пространства Ω- -невозможное событие (оно не наступает ни при каком исходе испытания).
Элементарные события выделяются из числа всех событий тем, ‘по каждое из них содержит только один элемент Ω
Каждому элементарному исходу wi ставят в соответствие положительное число рi - вероятность этого исхода, причем сумма всех рi равна 1 или со знаком суммы этот факт запишется в виде выражения:
По определению, вероятность Р(А) события А равна сумме вероятностей элементарных исходов, благоприятствующих А. Поэтому вероятность события достоверного равна единице, невозможного – нулю, произвольного – заключена между нулем и единицей.
Рассмотрим важный частный случай, когда все исходы равновозможные, Число исходов равно л, сумма вероятностей всех исходов равна единице; следовательно, вероятность каждого исхода равна 1/п. Пусть событию А благоприятствует m исходов.
Вероятность события А равна сумме вероятностей исходов, благоприятствующих А:
Р(А)=1/n + 1/n+…+1/n = n·1/n=1
Получено классическое определение вероятности.
Существует еще аксиоматический подход к понятию “вероятность”. В системе аксиом, предложенной. Колмогоровым А. Н, неопределяемыми понятиями являются элементарное событие и вероятность. Построение логически полноценной теории вероятностей основано на аксиоматическом определении случайного события и его вероятности.
Приведем аксиомы, определяющие вероятность:
1. Каждому событию А поставлено в соответствие неотрицательное действительное число Р(А). Это число называется вероятностью события А.
2. Вероятность достоверного события равна единице:
3. Вероятность наступления хотя бы одного из попарно несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий.
Исходя из этих аксиом, свойства вероятностей к зависимости между ними выводят в качестве теорем.