Реферат: ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ

Введение

  Не стоит думать, что там, где речь идет о случайных событиях бесполезно искать какие-то закономерности — случай он и есть случай. Существует несколько групп случайных явлений, в которых закономерности уже обнаружены и изучены, оценивать и сравнивать прогноз развития событий в этом случае можно и нужно. Само понятие «вероятность» нередко определяют как количественную меру возможности реализации интересующего нас случайного события. Правда, знание вероятности благоприятного исхода — это еще не выигрыш сам по себе, это лишь взвешивание возможностей. Мы ежедневно принимаем многие решения в условиях неопределенности. Принято различать неопределенность и риск. Риск — это когда можно сказать, что человек знает, на что он идет, шансы известны, вероятности оценены. Конечно, не всякую неопределенность можно превратить в риск. Но там, где это несложно сделать, это может оказать реальную помощь в принятии решения. Этот курс предназначен для руководителей (менеджеров) — практиков среднего уровня любой сферы деятельности, желающих получить базовые знания в области теории вероятностей и математической статистики в качестве основы для принятия решения в условиях неопределенности. Программа построена на основе образовательного стандарта для высшего образования в области менеджмента по дисциплине «Теория вероятностей и математическая статистика». Вместе с тем курс имеет выраженную практическую направленность, он приспособлен для решения задач, которые встречаются в курсах Школы бизнеса Открытого Университета.

 

Вероятность и риск, пространство элементарных событий

 

  В этом разделе мы введем некоторые исходные понятия теории вероятностей и начнем работать с математическим аппаратом на несложных примерах. Рассматривая интересующие нас события как элементы множеств, мы можем в дальнейшем производить над ними определенные действия, что поможет нам анализировать совокупность этих событий. Исторически первой группой случайных событий, которые были исследованы математиками, были азартные игры. Сами правила игры предполагали равноправие участников перед судьбой, при всем мастерстве игрока многое зависело от «везения». Мы также рассмотрим несколько примеров из этой области, т.к. они хорошо иллюстрируют некоторые возможности аппарата теории вероятностей, который пригодится нам в дальнейшем для других случаев. В условиях игры (в карты, в кости) математики и игроки связывают понятие вероятности выигрыша с шансом получения выигрышной комбинации по сравнению с общим числом всех возможных комбинаций. Пример 1.При падении монеты существует два возможных результата (математики называют эти результаты элементарными исходами): выпадет герб или выпадет решетка. Оба результата равновероятны, т.е. вероятность того, что монета останется лежать гербом вверх равна 50% (или 1/2), с такой же вероятностью выпадет другая сторона. Какой бы результат не загадал игрок как благоприятный для себя, его шанс выиграть и вероятность проиграть одинаковы. Пример 2.При бросании игральной кости существует уже шесть возможных элементарных исходов (количество выпавших очков может меняться от 1 до 6). Если игральная кость имеет правильную форму, все шесть результатов равновероятны. Другими словами, вероятность того, что при единственном выбрасывании кости выпадет, например, шесть очков, равна 1/6. Если только эта цифра считается выигрышем при данном броске, шансов выиграть у игрока в три раза меньше, чем в прошлый раз. Если мы хотим «уровнять» шансы при бросании игральной кости с шансом выиграть при бросании монеты, нам надо изменить правила игры, например, считать выигрышем выпадение любого четного числа. Поскольку игральная кость имеет три грани с четными числами и три грани с нечетными, шансы выиграть и проиграть при единственном броске у нас будут одинаковыми (вероятность выигрыша станет равной 1/2, т.е. такой же, как при бросании монеты). Задание При подбрасывании монеты вероятность выиграть составляет 1/2, а при бросании игральной кости выигрышем считается выпадение цифры шесть (вероятность выигрыша 1/6). Чему равна вероятность проигрыша в каждом случае? Значит ли это, что играть в кости менее выгодно? Обсуждение В каждом из двух случаев вероятность выиграть и проиграть должны составить в сумме 100% или единицу, поскольку ничейный вариант в этих ситуациях невозможен. Это означает, что при бросании монеты вероятность проиграть равна 1/2, а при бросании игральной кости — 5/6. А вот вопрос о «выгодах» предложения поиграть в кости по сравнению с предложением бросить монету не так прост, как это кажется. Оставив на минуту в стороне азартные игры, обсудим одну важную для бизнеса проблему. Решение о «выгодности» любого предпринимаемого нами действия, очевидно, зависит не только от нашей оценки риска данного предприятия, но и от величины предполагаемого выигрыша по сравнению с нашими ставками. Чем меньше шансов получить выигрыш, тем больше должна быть величина этого выигрыша по сравнению со ставкой, чтобы сделать игру привлекательной для потенциальных игроков. Забота о привлекательности условий игры, конечно, распространяется только на те случаи, когда игроки принимают решение об участии в процессе добровольно и осмысленно. Так, чем рискованнее финансовые вложения, тем большую прибыль мы ожидаем получить в результате. Когда соотношение «риск — прибыльность» кажется нам неподходящим, мы ищем возможности покинуть «игру». Поэтому при любой оценке бизнес-проекта оценка рисков не менее важна, чем оценка прибыльности, по сути, это — неотъемлемая часть финансово-экономического анализа. Возвращаясь к нашему заданию, пришло время обсудить финансовые условия игры. Какой именно выигрыш покажется нам справедливым и почему? Если при бросании монеты участвуют два игрока, сделавшие одинаковые ставки, причем выигравший забирает все, то возможный выигрыш в такой игре должен вдвое превышать исходную ставку. Менее очевидный случай — бросание кости. Должен ли выигрыш в шесть раз превышать ставку игрока, и откуда возьмется эта сумма, если игроков по-прежнему только двое? Вот если бы игроков было шестеро, и каждый поставил бы на разную цифру, то при одинаковых исходных ставках получилась бы вполне справедливая игра. Выигравший забрал бы в шесть раз больше, чем поставил, но шансы каждого игрока выиграть были бы одинаковыми. Если же играют двое, причем один выигрывает, только при выпадении цифры «шесть», значит второй выигрывает при любой другой ситуации, и его шансы на выигрыш в пять раз выше. Само по себе это не означает, что игра «нечестная», просто справедливые правила должны потребовать от второго игрока сделать исходную ставку, которая будет в пять раз выше, чем ставка первого игрока. Определение 1. Совокупность всех возможных результатов опыта в теории вероятности называется пространством элементарных исходов, мы будем обозначать это пространство греческой буквой W. Элементарные исходы обозначаются как wi, где i может принимать значения от одного до максимума по числу возможных вариантов результата опыта. Для наглядности W изображают в виде некоторой области на плоскости, а элементарные исходы wi — точками в этой области. Мы будем также пользоваться математическим обозначением W={wi, i=1, ...} для описания того факта, что пространство элементарных исходов W образуется совокупностью всех элементарных исходов wi. Определение 2.Элементарные исходы могут образовывать группы, каждая из которых называется событием. Событие A, принадлежащее пространству W, (обозначается А М W, см. рисунок), наступает тогда и только тогда, когда наступает один из элементарных исходов wi, входящих в А.       Пример 3. В Примере 2 событием можно считать факт выпадения четной цифры при бросании кости. Это событие наступает, когда выпадает или цифра два, или четыре, или шесть (при трех элементарных исходах из шести возможных). Мы будем пользоваться математическим обозначением А={wi, i=1, ...} для описания того факта, что событие образуется некоторой группой элементарных исходов (напомним, что событие содержится внутри пространства элементарных исходов, как говорят математики, является его подмножеством). В данном примере пространство элементарных исходов W состоит из следующих элементарных исходов: w1={1}, w2={2}, w3={3}, w4={4}, w5={5}, w6={6}. Событие А (выпадение четной цифры) можно записать как A={w2, w4, w6}. Иногда говорят, что элементарные исходы w2, w4 и w6 благоприятны для наступления события А, в то время как w1, w3 и w5, напротив, неблагоприятны для него. Сортировка всего пространства элементарных исходов на благоприятные для интересующего нас события и неблагоприятные, как мы это увидим в следующем разделе, очень важна для нашей оценки вероятности реализации этого события. Задание Из трех цифр 1, 2, 3 наудачу берутся две цифры и составляется двузначное число. Выпишите все элементарные исходы этого опыта. Составьте из элементарных исходов события А, В и С, такие что: А={число содержит цифру 1} В={число содержит только нечетные цифры} С={число четное} Запишите эти события, используя соответствующие математические обозначения. Обсуждение Пространство элементарных исходов W состоит из следующих элементарных исходов: w1={12}, w2={21}, w3={13}, w4={31}, w5={23}, w6={32} Тогда: A={w1, w2, w3, w4} B={w3, w4} C={w1, w6} Отметим, что само пространство элементарных исходов W также представляет собой событие, происходящее всегда (при любом элементарном исходе w). События, от которых в данном эксперименте «никуда не деться», называются достоверными событиями. События называютсянезависимыми, если реализация одного из них не оказывает никакого влияния на вероятность реализации другого. К этому важному свойству мы еще вернемся в следующих разделах. События называются несовместными, если они не могут произойти одновременно. Тоже очень важное свойство, мы встретимся с ним еще не раз. Пример.Элементарные исходы являются несовместными событиями при однократном опыте. Например, если мы бросили монету один раз, выпадет или решетка или герб, но, конечно, что-нибудь одно. В простейшем случае (две стороны одной монеты, шесть граней кубика) вероятность реализации каждого элементарного исхода несложно посчитать из простого здравого смысла. Задача существенно усложняется, если этих элементарных исходов очень много и их приходится определенным образом комбинировать для составления интересующего нас события. Именно в таких более сложных ситуациях на помощь приходит математика. В следующем параграфе мы познакомимся с некоторыми правилами специального раздела математики — комбинаторики.

Элементы комбинаторики

 
  Комбинаторика — это раздел математики, в котором изучаются вопросы о том, сколько различных комбинаций, подчиненных тем или иным условиям, можно составить из заданных объектов. Основы комбинаторики очень важны для оценки вероятностей случайных событий, т.к. именно они позволяют подсчитать принципиально возможное количество различных вариантов развития событий. Основная формула комбинаторики Пусть имеется k групп элементов, причем i-я группа состоит из ni элементов. Выберем по одному элементу из каждой группы. Тогда общее число N способов, которыми можно произвести такой выбор, определяется соотношением N=n1*n2*n3*...*nk. Пример 1.Поясним это правило на простом примере. Пусть имеется две группы элементов, причем первая группа состоит из n1 элементов, а вторая — из n2 элементов. Сколько различных пар элементов можно составить из этих двух групп, таким образом, чтобы в паре было по одному элементу от каждой группы? Допустим, мы взяли первый элемент из первой группы и, не меняя его, перебрали все возможные пары, меняя только элементы из второй группы. Таких пар для этого элемента можно составить n2. Затем мы берем второй элемент из первой группы и также составляем для него все возможные пары. Таких пар тоже будет n2. Так как в первой группе всего n1 элемент, всего возможных вариантов будет n1*n2. Пример 2. Сколько трехзначных четных чисел можно составить из цифр 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, если цифры могут повторяться? Решение: n1=6 (т.к. в качестве первой цифры можно взять любую цифру из 1, 2, 3, 4, 5, 6), n2=7 (т.к. в качестве второй цифры можно взять любую цифру из 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6), n3=4 (т.к. в качестве третьей цифры можно взять любую цифру из 0, 2, 4, 6). Итак, N=n1*n2*n3=6*7*4=168. В том случае, когда все группы состоят из одинакового числа элементов, т.е. n1=n2=...nk=n можно считать, что каждый выбор производится из одной и той же группы, причем элемент после выбора снова возвращается в группу. Тогда число всех способов выбора равно nk.Такой способ выбора носит названиевыборки с возвращением. Пример 3. Сколько всех четырехзначных чисел можно составить из цифр 1, 5, 6, 7, 8? Решение. Для каждого разряда четырехзначного числа имеется пять возможностей, значит N=5*5*5*5=54=625. Рассмотрим множество, состоящие из n элементов. Это множество будем называть генеральной совокупностью. Определение 1. Размещением из n элементов по mназывается любой упорядоченный набор из m различных элементов, выбранных из генеральной совокупности в n элементов. Пример 4.Различными размещениями из трех элементов {1, 2, 3} по два будут наборы (1, 2), (2, 1), (1, 3), (3, 1), (2, 3),(3, 2). Размещения могут отличаться друг от друга как элементами, так и их порядком. Число размещений обозначается Anm и вычисляется по формуле:   Замечание: n!=1*2*3*...*n (читается: «эн факториал»), кроме того полагают, что 0!=1. Пример 5. Сколько существует двузначных чисел, в которых цифра десятков и цифра единиц различные и нечетные? Решение: т.к. нечетных цифр пять, а именно 1, 3, 5, 7, 9, то эта задача сводится к выбору и размещению на две разные позиции двух из пяти различных цифр, т.е. указанных чисел будет: Определение 2. Сочетанием из n элементов по m называется любой неупорядоченный набор из m различных элементов, выбранных из генеральной совокупности в n элементов. Пример 6. Для множества {1, 2, 3}сочетаниями являются {1, 2}, {1, 3}, {2, 3}. Число сочетаний обозначается Cnm и вычисляется по формуле:   Пример 7.Сколькими способами читатель может выбрать две книжки из шести имеющихся? Решение: Число способов равно числу сочетаний из шести книжек по две, т.е. равно: Определение 3. Перестановкой из n элементов называется любой упорядоченный набор этих элементов. Пример 7a. Всевозможными перестановками множества, состоящего из трех элементов {1, 2, 3} являются: (1, 2, 3), (1, 3, 2), (2, 3, 1), (2, 1, 3), (3, 2, 1), (3, 1, 2). Число различных перестановок из n элементов обозначается Pn и вычисляется по формуле Pn=n!.. Пример 8.Сколькими способами семь книг разных авторов можно расставить на полке в один ряд? Решение: эта задача о числе перестановок семи разных книг. Имеется P7=7!=1*2*3*4*5*6*7=5040 способов осуществить расстановку книг. Обсуждение.Мы видим, что число возможных комбинаций можно посчитать по разным правилам (перестановки, сочетания, размещения) причем результат получится различный, т.к. принцип подсчета и сами формулы отличаются. Внимательно посмотрев на определения, можно заметить, что результат зависит от нескольких факторов одновременно. Во-первых, от того, из какого количества элементов мы можем комбинировать их наборы (насколько велика генеральная совокупность элементов). Во-вторых, результат зависит от того, какой величины наборы элементов нам нужны. И последнее, важно знать, является ли для нас существенным порядок элементов в наборе. Поясним последний фактор на следующем примере. Пример.На родительском собрании присутствует 20 человек. Сколько существует различных вариантов состава родительского комитета, если в него должны войти 5 человек? Решение: В этом примере нас не интересует порядок фамилий в списке комитета. Если в результате в его составе окажутся одни и те же люди, то по смыслу для нас это один и тот же вариант. Поэтому мы можем воспользоваться формулой для подсчета числасочетанийиз 20 элементов по 5. Иначе будут обстоять дела, если каждый член комитета изначально отвечает за определенное направление работы. Тогда при одном и том же списочном составе комитета, внутри него возможно 5! вариантов перестановок, которые имеют значение. Количество разных (и по составу, и по сфере ответственности) вариантов определяется в этом случае числом размещений из 20 элементов по 5. Задачи для самопроверки 1. Сколько трехзначных четных чисел можно составить из цифр 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, если цифры могут повторяться? 2. Сколько существует пятизначных чисел, которые одинаково читаются слева направо и справа налево? 3. В классе десять предметов и пять уроков в день. Сколькими способами можно составить расписание на один день? 4. Сколькими способами можно выбрать 4 делегата на конференцию, если в группе 20 человек? 5. Сколькими способами можно разложить восемь различных писем по восьми различным конвертам, если в каждый конверт кладется только одно письмо? 6. Из трех математиков и десяти экономистов надо составить комиссию, состоящую из двух математиков и шести экономистов. Сколькими способами это можно сделать?

 

еще рефераты
Еще работы по математике
© РОНЛ.орг 2000-2024 По всем вопросам обращаться на эту почту: admin@ronl.org