概率筆記3——幾何概型


引例

  天上掉錢了!都是紅色的毛爺爺!同學們拿着盆跑到操場上接錢,當然誰的盆大誰接到錢的可能性就越大。

  錢落下的位置是操場上的隨機位置(每個位置等可能),接到錢的概率只與盆的大小相關(與幾何度量相關),與盆的形狀無關,每個同學接到錢的概率是 Area(盆)/Area(操場)。這是一個幾何概型。

定義與公式

  幾何概型是一種概率模型,在這個模型下,E的樣本空間是一個可度量的幾何區域(操場),且每個樣本點的發生具有等可能性(每個位置接到錢的幾率相當)。這里的等可能性與上一章中提到的一樣,客觀上當你無法確定哪個事件更易發生的時候,只好認為是等可能。

  古典概型與幾何概型的主要區別在於試驗的結果是無限個。骰子只有6個面,所以骰子的點數是有限個;骰子的落點可以是房間地面的任意位置,所以落點有無限個。

  關於幾何概型的定義,還有一種教科書的說法,大概是:樣本點落入樣本空間Ω中的某一可度量區域A的可能性大小與A的幾何度量成正比,而與A的位置,形狀無關。由此得到公式:

 

  教科書的上的概念通常很嚴謹,但不易理解,置於是否能記住,隨便吧,知道幾何概型就是天上掉錢就好。

典型問題

  很多問題可以轉換為幾何度量,例如一個人到單位的時間可能是8:00~9:00之間的任意一個時刻(將時間轉換為一維線段);往一個方格中投一個石子,石子落在方格中任何一點上(將方格轉換為二維坐標)。

示例1

  甲乙二人在上午9:00 ~ 10:00間分別從AB兩地出發,兩人時速相等,都能夠在10分鍾內走完全程,那么二人相遇的幾率是多少?

  這是典型的幾何概率,9:00 ~ 10:00間有無限多個時間,二人出發的時間點具有等可能性。以分鍾為單位,把A出發的時間轉換為線段:

  把B出發的時間也加進來,形成二維坐標:

  正方形就是樣本空間Ω,其中的每一個點都代表AB出發的時間,也就是一個樣本點,樣本點有無數個。

  A和B都是10分鍾內走完全程,假設A先出發,想要相遇,B出發的時間一定在A出發后的10分鍾內,設出發時間為T,則TB – TA < 10。由於B可能在A之前出發,所以加絕對值|TB – TA| < 10。將其轉換為幾何度量,符合條件的點全部落在綠色區域內:

示例2

  示例1還有另一個馬甲,一對年輕人約定9:00 ~ 10:00在某地相親見面,如果其中一方空等10分鍾就會離開,他們成功見面的幾率是多少?

  對比示例1:

  求解過程和結果完全一致。此類問題還有輪船相遇、汽車相遇等等。

示例3

  A、B兩盞路燈之間間隔30米,有關部門想在A、B間新添兩盞相同的路燈C和D,A、C與B、D間隔都不小於10米的概率是多少?

  A、B間的任意位置都可以放置路燈,設AC=x,BD=y。放置C時與D無關,此時需要滿足10≤x≤30且0≤y≤0;同理,放置D時需要滿足10≤y≤30且0≤x≤30。由此可以得到下圖的幾何圖形:

  大正方形的面積是900,代表樣本空間的度量,陰影部分的小正方向面積是400,代表所有符合條件的樣本,因此最后的答案是4/9。

  如果最后的位置必須是A、C、D、B,那么D的擺放就不是獨立事件,它必須在C之后,擺放的空間依賴於C。仍然設AC=x,BD=y,需要滿足x≥10,y≥10, 0<x+y<30。對於問題的解空間來說,x,y滿足 0<x, 0<y, x+y<30。如此一來可以得到下面的幾何圖形:

 

  0<x, 0<y, x+y<30是大三角形,x≥10,y≥10, 0<x+y<30 是小三角形,二者面積的比值就是問題的答案,結果是1/9。

 


 作者:我是8位的

出處:http://www.cnblogs.com/bigmonkey

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