课程笔记

1.1随机事件

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样本空间与事件

随机试验是在给定条件下进行、结果不能预先确定的试验。每次试验的一个可能结果称为样本点,记作 ω\omega;所有可能结果构成的集合称为样本空间,记作 Ω\Omega。建模时,样本点应互不混淆,并覆盖所关心的所有可能结果。

样本空间依赖于记录的结果:掷一枚骰子,若记录点数,可以取 Ω={1,2,3,4,5,6}\Omega=\{1,2,3,4,5,6\};若只记录奇偶,则可以取 Ω={奇,偶}\Omega=\{\text{奇},\text{偶}\}。样本空间本身不决定各结果是否等可能。

设随机试验的样本空间为 Ω\Omega。随机事件是样本空间的子集。设 A⊆ΩA\subseteq\Omega,若试验结果 ω∈A\omega\in A,就说事件 AA 发生。Ω\Omega 本身称为必然事件,空集 ∅\varnothing 称为不可能事件。

教材把三条试验要求放在最前,是为了先固定 Ω\Omega 再谈事件;事件是 Ω\Omega 的子集,换一个样本空间就等于换了一道题。

事件的关系与运算

事件的关系与运算

设 AA 与 BB 是同一个试验中的事件。

记号名称含义
A⊆BA\subseteq B包含AA 发生必有 BB 发生
A=BA=B相等A⊆BA\subseteq B 且 B⊆AB\subseteq A
A∪BA\cup B和事件AA 与 BB 至少有一个发生
A∩B=ABA\cap B=AB积事件AA 与 BB 同时发生
A−B=A∩BˉA-B=A\cap\bar B差事件AA 发生而 BB 不发生
Aˉ=Ω−A\bar A=\Omega-A对立事件AA 不发生

若 AB=∅AB=\varnothing,称 AA 与 BB 互斥(或不相容),即两者不能同时发生。若互斥之外还要求 A∪B=ΩA\cup B=\Omega,则称 AA 与 BB 对立:两者不能同时发生,且必有一个发生。因此对立一定互斥,互斥未必对立。

对多个事件 A1,A2,…,AnA_1,A_2,\ldots,A_n,常用以下表示:

  • 至少一个发生:⋃iAi\bigcup_i A_i;
  • 全部发生:⋂iAi\bigcap_i A_i;
  • 一个都不发生:⋂iAˉi=⋃iAi‾\bigcap_i\bar A_i=\overline{\bigcup_iA_i};
  • 恰有一个发生:⋃i(Ai∩⋂j≠iAˉj)\bigcup_i\left(A_i\cap\bigcap_{j\ne i}\bar A_j\right)。

运算律

事件的交换律、结合律、分配律与集合运算相同。特别常用的是德摩根律:

A∪B‾=Aˉ∩Bˉ,A∩B‾=Aˉ∪Bˉ.\overline{A\cup B}=\bar A\cap\bar B,\qquad \overline{A\cap B}=\bar A\cup\bar B.

多个事件的情形同样成立:并事件的补等于各补事件的交,交事件的补等于各补事件的并。

概率的记号与计算见概率公理。求“至少一次”的概率,常转化为

P(至少一次)=1−P(一次也没有).P(\text{至少一次})=1-P(\text{一次也没有}).

求“恰好一次”的概率时,要把各互斥情形分别写出再相加,不能直接使用 A∪BA\cup B。

这里只做事件层面的翻译,还没有引入概率;等1.2定义 PP 之后,这些运算式才真正进入计算。

探索事件运算

选取骰子点数,分别组成事件 AA 和 BB。并集包含至少属于一个事件的点数,交集只包含同时属于两个事件的点数。

哪些点数属于并集和交集?

选择骰子的点数,比较两个事件的并集与交集。

正在准备演示…

学习安排

先把试验结果组织成样本空间,再讨论事件之间的关系与运算。事件运算与集合运算平行,德摩根律用于在“至少一个”“一个都不发生”之间转换。

建模时先根据记录的结果选择样本空间,再判断各样本点是否等可能。这一步决定后面能否直接用计数方法,也决定“恰有一个发生”这类说法能否准确翻译成事件运算。

课程约定

  • 事件用大写字母 A,BA,B 表示,样本空间记 Ω\Omega,样本点记 ω\omega。
  • 积事件简写为 ABAB,与 A∩BA\cap B 同义。
  • 对立事件记 Aˉ\bar A,与 Ω−A\Omega-A 同义。

易错点

  • 互斥只要求 AB=∅AB=\varnothing,不要求 A∪B=ΩA\cup B=\Omega;对立一定互斥,互斥未必对立。
  • “恰有一个发生”不等于“至少一个发生”,后者的并事件还包含同时发生的情形。
  • 掷两枚可区分的均匀骰子时,有序点数对等可能;点数和可以作为样本点,但不能视为等可能。

复习要点

复习时先写出 Ω\Omega,再把题目中的“至少一个”“一个都不发生”“恰有一个”逐句翻译成事件运算,最后才代入概率或计数。检查时优先确认有没有把非互斥的情形直接相加。