Случайные события (стр. 1 из 20)

- множество условий, при которых выполняется эксперимент . Будем предполагать, что при фиксированном эксперимент может быть выполнен неограниченное число раз, причем при повторении опыта его результаты могут быть различными. Таким образом, речь идет об эксперименте со случайным исходом (или результатом). Основная особенность такого эксперимента состоит в том, что его результат невозможно точно предсказать, а также в том, что наблюдаются нерегулярные изменения результатов в последовательности опытов, хотя каждый из них выполняется при одинаковом комплексе условий .

Очевидно, что множество условий

не содержит все факторы, влияющие на исход опыта . Поскольку иначе при каждом повторении опыта (для фиксированного ) был бы получен один и тот же результат. Множество - это комплекс контролируемых условий. Кроме них на исход опыта влияет множество неконтролируемых факторов, учесть которые в принципе невозможно.

Теория вероятностей изучает математические модели экспериментов со случайным исходом. Рассмотрим примеры таких опытов.

1. Бросание монеты. Здесь результат каждого опыта - это выпадение герба, или обратной стороны монеты - «решетки». Таким образом, всего имеется два возможных исхода опыта.

Всякий результат эксперимента со случайным исходом в теории вероятностей принято называть событием (или случайным событием). Поэтому в данном эксперименте результатами являются случайное событие

- выпадение герба при бросании монеты и событие - выпадение «решетки».

2. Бросание игральной кости. Игральная кость - это кубик из однородного материала, шесть граней которого перенумерованы числами от 1 до 6. Здесь в качестве результата эксперимента можно рассматривать шесть случайных событий:

- выпадение грани с номером 1, ... , - выпадение грани с номером 6. Однако в данном случае не обязательно исходом эксперимента считать выпадение одной из шести граней. Можно, например, условиться, что эксперимент имеет не шесть, а лишь три исхода: событие - это выпадение любой из грани с номером 1,2 или 3, - выпадение одной из граней с номером 4 или 5 и, наконец, - выпадение грани с номером 6. Но и в этом случае удобно выделить события - выпадение грани с номером , а все остальные события описывать через . Дело в том, что события в данном опыте являются самыми простыми или, как говорят, элементарными. Кроме того, ни один из элементарных исходов ,=1, ... , 6, нельзя считать более предпочтительным или более вероятным, чем другой. Поэтому каждому элементарному исходу естественно приписать одинаковую вероятность 1/6.

3. Стрельба по мишени. Пусть мишень состоит из центрального круга и 9 концентрических колец. В данном случае результат опыта - это одно из событий: попадание в круг, попадание в любое из 9 колец или мимо мишени; всего 11 случайных событий.

4. На отрезок

, длины наугад случайным образом бросается точка. В качестве исхода опыта можно взять событие , состоящее в том, что точка попадет на отрезок , содержащийся в .

5. На отрезок

, длины наугад случайным образом бросаются 2 точки. Такой опыт эквивалентен тому, что на квадрат бросается наугад одна точка. В данном случае результат опыта - это попадание точки в заданную область из квадрата .

Статистическая устойчивость

В последовательности экспериментов со случайным исходом невозможно точно предсказать результаты отдельных опытов, так как в этих результатах обнаруживаются нерегулярные случайные колебания, не поддающиеся точному учету. Однако, если рассматривать последовательность в целом, а не отдельные результаты, то можно обнаружить чрезвычайно важное явление: несмотря на нерегулярное изменение результатов в отдельных опытах, средние результаты в достаточно длинной последовательности экспериментов со случайным исходом обнаруживают устойчивость.

Пусть в результате эксперимента

событие может произойти или не произойти. Если выполнено экспериментов , в которых событие произошло раз, то число

(2.1)

называется частотой появления события

Экспериментально установлено, что при увеличении

частота имеет тенденцию сходиться к некоторому постоянному значению. Об этом экспериментальном факте говорят как об устойчивости частоты, или о статистической устойчивости. Однако, не следует думать, что всякий эксперимент со случайным исходом обладает свойством устойчивости частоты. В теории вероятностей речь идет только об экспериментах, обладающих этим свойством. В качестве иллюстрации свойства статистической устойчивости рассмотрим график зависимости частоты появления герба при бросании монеты от числа опытов, представленный на рис.2.1. Для построения этого графика выполнялось бросание монеты 30 раз, в каждом опыте фиксировался исход и вычислялась частота по формуле (2.1), где - число опытов, из которых в опытах появился герб.