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文件名称:古典概率论的基础.docx
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更新时间:2025-06-28
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文档摘要

随着现代统计学的兴起,金融市场的成熟,以及计算机科学的发展,概率与统计在现代生活中的重要性越来越高。

瑞士数学家雅各布·伯努利完成了世界上第一本概率论著作《猜度术》,他提出并证明了著名的大数定理,被视为概率论的奠基人,遗憾的是这本书在他死后的1713年才出版。

1718年,法国数学家棣莫弗提出了正态分布的概念,为概率论的另一个核心定理,中心极限定理的建立奠定了基础。

到了19世纪,法国数学家拉普拉斯和泊松,德国数学家高斯等人为概率论的理论体系建立做出了进一步的贡献。

尤其是拉普拉斯,他的《概率的分析理论》完成了概率论从组合技巧到分析方法的过渡,在棣莫弗的基础上进一步提出了中心极限定理。

中心极限定理的精确证明,则要等到1901年由俄国数学家李雅普诺夫完成。

如果一个事件可能发生,也可能不发生,就叫随机事件。

一定发生或一定不发生的事件,则被称为必然事件或不可能事件。

为了比较不同随机事件的发生可能性大小,数学家们想办法把事件的可能性通过一个函数映射到了[0,1]上,用具体的数来表示可能性的大小,这就是概率,一般习惯用函数P(x)表示。

必然事件的概率是1,不可能事件的概率是0,而随机事件的概率就介于两者之间。

探索:随机事件的概率有可能等于1或者0吗?

虽然我们知道了概率的定义,但怎么求某个随机事件的概率大小呢?

法国数学家拉普拉斯提出古典概率模型,即每个不同结果之间的不相交且可能性相等的概率模型,也叫等概率模型。

例如掷理想硬币就是最简单的古典概率模型,只有两种情况,正和反,而且规定正反的概率相等。

对于古典概率模型,我们只需要知道所有可能的结果n个,以及随机事件A包括的结果m个,就有:

?P(A)=\displaystyle\frac{n}{m}

而在同一个事件中,两种不相交的情况概率可以直接相加。

例如扔一个骰子,得到1或4的概率,就可以把1的概率和4的概率相加:

P(A)=\displaystyle\frac{1}{6}+\frac{1}{6}=\frac{1}{3}

探索:相交的情况呢?

练习:求扔一个骰子,得到偶数的概率。求扔两个硬币,得到一正一反的概率。

同时,不同事件的概率如果相互独立,可以直接相乘得到这些事件同时发生的概率。

例如扔一个骰子和一个硬币,得到1和正面的概率就是:

P(A)=\displaystyle\frac{1}{6}\times\frac{1}{2}=\frac{1}{12}

练习:箱子里有5个红球和3个白球,求有放回地抽两个球,得到两个同色的概率。不放回抽取呢?

探索:不独立的情况呢?

要注意,前面这些有关概率的内容,都是不切实际的,现实中扔很多硬币未必就能得到正面数量和反面相等。

那为什么还可以用概率来指导实际生活呢?

我们定义频率表示实际生活中的事件可能性情况,用发生次数除以实验次数表示。

在18世纪,瑞士数学家雅各布·伯努利证明了著名的大数定理,随机事件的发生频率会随着实验次数的增加而趋向于概率。

拿扔硬币举例,当你扔硬币的次数足够多时,硬币结果为正面所占的比例就会接近理论上正面的概率。

正是大数定理的存在,使得人们可以通过研究概率来指导现实生活,因为我们知道实际的频率最终会趋向于理论上的概率。

大数定理和中心极限定理被并称为概率论最为核心的两个定理。

探索:大数定理的数学表示是什么样?

探索:如何证明大数定理?

探索:中心极限定理又是什么?

拉普拉斯有一句关于概率论的名言:“生活中最重要的问题,其中大多数只是概率问题。”

概率与统计是除了四则运算之外,普通人最可能经常使用到的数学知识。

随着统计学的进一步发展,概率与统计在初等数学教育中的重要性必将持续提高。

如果说概率是对于未来的预测,统计就是对于过去的分析。