第1章 随机事件
在人类社会的生产实践和科学实验中,人们所观察到的现象大体上可分为两种类型,一类是事前可以预知结果的,即在某些确定的条件满足时,某一确定的现象必然会发生,或根据它过去的状态,完全可以预知它将来的发展状态,我们称这一类型的现象为确定性现象或必然现象,例如,在一个标准大气压下,水在100℃时一定沸腾:两个同性的电荷一定互斥;冬天过去,春天就会到来,等等,还有另一类现象,它是事前不能预知结果的,即在相同的条件下重复进行试验时,每次所得到的结果未必相同,或即使知道它过去的状态,也不能肯定它将来的发展状态,我们称这一类型的现象为偶然性现象或随机现象,如抛掷一枚质地均匀的硬币,硬币落地后的结果可能是带币值的一面朝上,也可能是另一面朝上,并且在每次抛币之前,不能预知其抛币后的结果肯定是什么:又如,某射击运动员用一支步枪在同一地点进行射击训练,每次射击的成绩(环数)可能不同,并且在每次射击之前,均无法预知其射击后的成绩是多少,等等.
虽然随机现象在一定的条件下,可能出现这样或那样的结果,且在每一次试验或观测之前不能预知这一次试验的确切结果,但人们经过长期的、反复的观察和实践,逐渐发现了所谓绪果的“不能预知”,只是对一次或少数几次试验和观察而言的,当在相同条件下进行大量重复试验和观测时,试验的结果就会呈现出某种规律性,例如,多次抛掷均匀硬币时,出现带币值的一面朝上的次数约占抛掷总次数的一半,这种在大量重复性试验和观察时,试验结果呈现出的规律性,就是我们以后所讲的统计规律性,概率论与数理统计就是研究和揭示随机现象统计规律性的数学分支.
1.1 基本概念
1.1.1 随机试验与事件
为了叙述方便,我们常把对某种现象的一次观察、测量或进行一次科学实验,统称为一个试验,如果这个试验在相同的条件下可以重复进行,且每次试验的结果是事前不可预知的,则称此试验为随机试验,也简称为试验,记为E.以后所提到的试验都是指随机试验.
进行一次试验,要有一个观测目的,试验中可能观测到多种不同的结果,例如,抛掷一枚质地均匀的硬币,如果观测的目的只是看硬币落地后哪一面朝上,这时,可能观测到的结果有两种:带币值的一面朝上和另一面朝上,至于硬币落在了什么位置、落地前转了几圈等均不在观测目的之列,当然也就不算在试验的结果之内.
下面是一些试验的例子.
E1:掷一颗骰子,观察所掷的点数是几;
E2:工商管理部门抽查市场某些商品的质量,检查商品是否合格;
E3:观察某城市某个月内交通事故发生的次数;
E4:已知某物体的长度在o和b之间,测量其长度;
E5:对某型号电子产品做实验,观察其使用寿命;
E6:对某型号电子产品做实验,观察其使用寿命是否小于200小时.
对于随机试验,尽管在每次试验之前不能预知其试验的结果,但试验的所有可能结果组成的集合却是已知的,我们称试验的所有可能结果组成的集合为样本空间,记为力,样本空间的元素,也就是随机试验的单个结果称为样本点.
需要说明的是:在E中,虽然每个城市每个月内发生交通事故的次数是有限的,不会非常大,但一般说来,人们理论上很难定出一个交通事故次数的有限上限,为了方便,我们把上限视为,这样的处理方法在理论研究中经常被采用,同样,在Es中我们也作了类似的处理.
我们把样本空间的任意一个子集称为一个随机事件,简称事件,常用大写字母4,B,C, 表示,因此,随机事件就是试验的若干个结果组成的集合,特别地,如果一个随机事件只含一个试验结果,则称此事件为基本事件.
在试验中,当事件(集合)中的一个样本点(元素)出现时,称这一事件发生,例如,在例1.1.1中,当投掷的结果为“四点”时,事件A4,B,D均发生.
由于样本空间力包含了所有的样本点,且是s自身的一个子集,在每次试验中它总是发生,所以称力为必然事件,空集g不包含任何样本点,它也是样本空间的一个子集,且在每次试验中总不发生,所以称g为不可能事件.
1.1.2 事件的关系与运算
既然事件是一个集合,因此有关事件间的关系、运算及运算规则也就按集合间的关系、运算及运算规则来处理,根据“事件发生”的含义,不难给出事件的关系与运算的含义.
1.2 事件的概率
除必然事件和不可能事件外,一个事件在一次试验中可能发生,也可能不发生,我们常常需要知道某些事件在一次试验中发生的可能性大小,揭示出这些事件的内在的统计规律,以便使我们能更好地认识客观事物,例如,知道了某食品在每段时间内变质的可能性大小,就可以合理地制定该食品的保质期;知道了河流在造坝地段*大洪峰达到某一高度的可能性大小,就可以合理地确定造坝的高度等,为了合理地刻画事件在一次试验中发生的可能性大小,我们先引入频率的概念,进而引出表征辜件在一次试验中发生的可能性大小的数字度量概率.
1.2.1 事件的频率
定义1.2.1设A是一个事件,在相同的条件下,进行n次试验,在这儿次试验中,若事件A发生了m次,则称m为事件A在n次试验中发生的频数或次数,称m与n之比m/7为事件A在n次试验中发生的频率,记为fn(A).
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