Комб вероят. Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение

• Название: Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение
• Анкор: Комб вероят
• Дата: 11.09.2021
• Размер: 336 Kb.
• Имя файла: KombinVeroyatn.doc
• Тип: Документы; #231457
• страница: 1 из 3

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Комбинаторика

и теория вероятностей

Теория и индивидуальные задания

Пособие разработано ст. преп. Роговой Н.В. и ст. преп. Федосеевой О.А. Одобрено методической комиссией кафедры «Высшая математика» © 2007, каф. «Высшая математика» ПГТУ

Пермь 2007

Элементы комбинаторики

Комбинаторика- раздел математики, в котором изучаются за­дачи выбора элементов из заданного множества и расположения их в группы по заданным правилам, в частности задачи о подсчете числа комбинаций (выборок), получаемых из элементов заданного конечно­го множества. В каждой из них требуется подсчитать число возмож­ных вариантов осуществления некоторого действия, ответить на вопрос «сколькими способами?».

Многие комбинаторные задачи могут быть решены с помощью сле­дующих двух важных правил, называемых соответственно правилами умножения и сложения.

Правило умножения (основной принцип): если из некоторого ко­нечного множества первый объект (элемент )можно выбрать спо­собами и после каждого такого выбора второй объект (элемент )мож­но выбрать способами, то оба объекта ( и )в указанном порядке можно выбрать способами.

Этот принцип, очевидно, распространяется на случай трех и более объектов.

Пример 1. Сколько трехзначных чисел можно составить из цифр 1, 2,3,4,5, если: а) цифры не повторяются? б) цифры могут повторятся?

Решение. Имеется 5 различных способов выбора цифры для первого места (слева в трехзначном числе). После того как первое место занято, на­пример, цифрой 2, осталось четыре цифры для заполнения второго места. Для заполнения третьего места остается выбор из трех цифр. Следовательно, согласно правилу умножения имеется 5 . 4 . 3 = 60 спо­собов расстановки цифр, т. е. искомое количество трехзначных чисел есть 60. (Вот некоторые из этих чисел: 243, 541, 514, 132, ... ) Понятно, что если цифры могут повторяться, то трехзначных чисел 5 . 5 . 5 = 125. (Вот некоторые из них: 255, 333, 414, 111, ... )

Правило суммы.Если некоторый объект можно выбрать спосо­бами, а объект можно выбрать способами, причем первые и вторые способы не пересекаются, то любой из указанных объектов ( или ), можно выбрать способами.

Это правило распространяется на любое конечное число объектов.

Пример 2. В студенческой группе 14 девушек и 6 юношей. Сколь­кими способами можно выбрать, для выполнения различных заданий, двух студентов одного пола?

Решение. По правилу умножения двух девушек можно выбрать 14·13 = 182 способами, а двух юношей - 6·5 = 30 способами. Следует выбрать двух студентов одного пола: двух студенток или двух юношей. Соглас­но правилу сложения таких способов выбора будет 182 + 30 = 212 .

Решение вероятностных (и не только их) задач часто облегчается, если использовать комбинаторные формулы. Каждая из них опреде­ляет число всевозможных исходов в некотором опыте (эксперименте), состоящем в выборе наудачу элементов из различных элементов рассматриваемого множества.

Существуют две схемы выбора элементов из исход­ного множества: без возвращения (без повторений) и с возвращением (с повторением). В первом случае выбранные элементы не возвращаются обратно; можно отобрать сразу все элементов или последовательно отбирать их по одному. Во второй схеме выбор осуществляется поэле­ментно с обязательным возвращением отобранного элемента на каждом шаге. Мы рассмотрим только первую схему.

Пусть дано множество, состоящее из различных элементов.

Размещениями из элементов по элементов на­зываются соединения, каждое из которых состоит из элементов, взятых из данных элементов. При этом размещения отличаются друг от друга как самими элементами, так и их порядком.

Число размещений из элементов по элементов обозначается символом и вычисляется по формуле

(1)

или

, где , . (2)

Для составления размещения надо выбрать элементов из множества с элементами и упорядочить их, т. е. заполнить мест элементами множества. Первый элемент можно выбрать способами, т. е. на первое место можно поместить любой из элементов. После этого второй элемент можно выбрать из оставшихся элементов способами. Для выбора третьего элемента имеется способа, четвертого - способа, и, наконец, для последнего -го элемен­та - способов. Таким образом, по правилу умножения, существует способов выбора элементов из данных элементов, т. е. .

Пример 3. Составить различные размещения по 2 из элементов мно­жества ; подсчитать их число.

Решение. Из трех элементов можно образовать следующие размещения по два элемента: , , , , , . Согласно форму­ле (1) их число: = 3·2 = 6 .

Перестановками из элементов называются раз­мещения из элементов по элементов, отличающиеся друг от друга лишь порядком элементов.

Число перестановок из эле­ментов обозначается символом и вычисляется по фор­муле

. (3)

Пример 4. Составить различные перестановки из элементов мно­жества ; подсчитать их число.

Решение. Из элементов данного множества можно составить следующие пе­рестановки: (2,7,8); (2,8,7); (7,2,8); (7,8,2); (8,2,7); (8,7,2). По фор­муле (3) имеем: = 3! = 1·2·3 = 6 .

Сочетаниями из элементов по элементов на­зываются соединения, каждое из которых состоит из элементов, взя­тых из данных элементов. Эти соединения отличаются друг от друга хотя бы одним элементом. В отличие от размещений, порядок следования элементов здесь не учитывается.

Число сочетаний из элементов по элементов обозначается сим­волом и вычисляется по формуле

. (4)

С помощью сочетаний можно записать формулу бинома Ньютона:

.

Числа , являются биномиальными коэффициентами и для них выполняется следующее условие .

Пример 5. Составить различные сочетания по 2 из элементов мно­жества ; подсчитать их число.

Решение. Из трех элементов можно образовать следующие сочетания по два элемента: , , . Их число: .

Теория вероятностей

Предмет теории вероятностей

Предмет теории вероятностей - изучение вероятност­ных закономерностей, возникающих при рассмотрении массо­вых однотипных случайных событий.

Событие - это любое явление, в отношении которого имеет смысл говорить, наступило оно или не наступило, в ре­зультате определенного комплекса условий или случайного эксперимента. Обозначаются события заглавными латинскими буквами .

Примерами случайного эксперимента являются подбрасы­вание монеты, извлечение одной карты из перетасованной ко­лоды, подсчет числа автомобилей в очереди на бензоколонке в данный момент и т.д.

Вероятностью события называется отношение числа – элементарных исходов испытания, благоприятствующих наступлению события , к числу – всех возможных элементарных исходов испытания.

(5)

Пример 6. Найти вероятность, что при бросании монеты выпадет герб.

Решение. При бросании монеты имеются два равновозможных исхода: “выпадение герба” и “выпадение решки” . Для события – “выпадение герба” благоприятен только один из них . Значит, вероятность .

Вероятность любого события заключена между нулем и единицей.

(6)

Можно выделить следующие виды случайных событий:

Событие называется достоверным, если оно обязательно происходит при каждом осуществлении определенной сово­купности условий. Например, если брошена игральная кость, то выпадение не менее одного и не более шести очков является достоверным событием. Вероятность достоверного события равна единице: .

Событие называется невозможным, если оно заведомо не произойдет ни при одном осуществлении данной совокупности условий. Например, если брошена игральная кость, то выпа­дение больше шести очков является невозможным событием. Вероятность невозможного события равна нулю: .

Событие называется случайным, если оно может про­изойти, а может и не произойти при осуществлении данной совокупности условий. Например, если брошена игральная кость, то выпадение любого из шести очков является случай­ным событием.

События называются несовместными, если их одновре­менное появление при осуществлении комплекса условий невозможно, т.е. появление события в данном испытании исключает появление события в этом же испытании. На­пример, если из урны с черными и белыми шарами случайным образом извлекается шар ·черного цвета, то его появление ис­ключает извлечение белого шара в этой же попытке.

События называются единственно возможными, если появление в результате испытания одного и только одного из них является достоверным событием. Например, если стрелок произвел выстрел по цели, то обязательно произойдет одно из двух событий - попадание или промах. Эти события единст­венно возможные.

События называются равновозможными, если есть осно­вания считать, что ни одно из этих событий не является более возможным, чем другие. Например, появление герба и появ­ление надписи при бросании монеты есть события равновоз­можные, потому что предполагается, что монета изготовлена из однородного материала, имеет правильную цилиндриче­скую форму, и наличие чеканки не влияет на выпадение той или иной стороны монеты.

Если событие - какое-либо событие, то событие, со­стоящее в том, что событие не наступило, называется про­тивоположным событию и обозначается как .

События, происходящие при реализации определенного комплекса условий или в результате случайного эксперимен­та, называются элементарными исходами.

Считается, что при проведении случайного эксперимента реализуется только один из возможных элементарных исходов.