Теория
вероятностей.
Задачи на «Стрельбу».
№ 1. Стрелок стреляет по
мишени один раз. В случае промаха
стрелок делает второй
выстрел по той же мишени. Вероятность попасть в мишень при одном выстреле равна
0,8. Найдите вероятность того, что мишень
будет поражена (либо первым либо вторым
выстрелом).
Решение. Первый способ.
Пусть A –
событие, состоящее в том, что мишень поражена стрелком с первого выстрела, B –
событие, состоящее в том, что мишень поражена со второго выстрела.
Вероятность события A равна P(A) = P1(A)
= 0,8. Событие B наступает, если, стреляя первый раз,
стрелок промахнулся P1() =1 –
0,8 = 0,2, а, стреляя второй раз, попал P2(A) = 0,8. Это независимые
события, их вероятность равна произведению вероятностей этих событий: P(B)
= P1() ∙ P2(A)
= 0,2·0,8 = 0,16. События A и B несовместные, вероятность
их суммы равна сумме вероятностей этих событий: P (A + B) = P(A) + P(B) = 0,8 + 0,16 =
0,96.
Ответ:
0,96.
Второй способ. Пусть A –
событие, состоящее в том, что мишень поражена стрелком
при одном выстреле, B – событие,
состоящее в том, что мишень поражена (либо первым
либо вторым выстрелом).
Так как вероятность попасть
в мишень при одном выстреле равна 0,8, то есть P(A) = 0,8, то вероятность
того, что, стреляя первый раз, стрелок промахнулся, равна P1() = 1 – 0,8 = 0,2. Вероятность
того, что, стреляя второй раз, стрелок промахнулся, равна P2() = 1 – 0,8 = 0,2. Вероятность
того, что, стрелок промахнулся оба раза, равна P1() ∙ P2() = 0,2∙0,2 = 0,04. Вероятность
противоположного события (хотя бы один раз не промахнется) равна P(B)= 1 – 0,04 = 0,96.
Ответ: 0,96.
№
2. Стрелок 4 раза
стреляет по мишеням. Вероятность попадания в
мишень при одном выстреле равна 0,7. Найдите вероятность того, что стрелок первый раз попал
в мишень, а последние 3 раза промахнулся.
Решение. Пусть A – событие, состоящее в том, что мишень поражена
стрелком при одном выстреле, B – событие, состоящее в том, что мишень
поражена.
Так
как вероятность попасть
в мишень при одном выстреле равна 0,7, то
вероятность попадания при первом выстреле равна P1(A) = 0,7, тогда вероятность того, что, стреляя
второй раз, стрелок промахнулся, равна P2() = 1 – 0,7 = 0,3. Вероятность того,
что, стреляя третий раз, стрелок промахнулся, равна P3() = 1 – 0,8 = 0,2. Вероятность того,
что, стреляя четвертый раз, стрелок промахнулся, равна P3() = 1 – 0,8 = 0,2. Все события
независимы. Вероятность того, что стрелок первый раз попал в мишень, а последние
3 раза промахнулся.
P(B)= P1(A)∙ P2()∙ P3()∙ P4() = 0,7∙0,3∙0,3∙0.3 = 0,0189
Ответ: 0,0189.
№ 3.
Вероятность попадания в мишень при одном выстреле для первого стрелка равна 0,7
, а для второго – 0,8. Найти вероятность того, что при одном залпе в мишень
попадает только один из стрелков.
Решение. Пусть A1 –
событие, состоящее в том, что мишень поражена первым стрелком, A2 –
событие, состоящее в том, что мишень поражена вторым стрелком. С – событие, состоящее в том, что в мишень попал только один из стрелков, то есть (первый попадет и второй промажет) либо (первый промажет и
второй попадет).
Вероятность попадания в мишень первым стрелком р
(А1)=0,7, вероятность его промаха
р ()=1-р(А1)=1-
0,7 = 0,3.
Вероятность попадания в мишень вторым стрелком р
(А2)=0,8, вероятность его промаха
р ()=1-р(А2)=1
– 0,8 = 0,2.
р (С) = р(А1)∙р () + р(А2)∙р
() = 0,7∙0,2 +
0,8∙0,3 = 0,38
Ответ.0,38.
№ 4. Каждый
из трех стрелков стреляет в мишень по одному разу, причем вероятность попадания
1 стрелка составляет 80%, второго – 70%, третьего – 60%. Найдите вероятность
того, что двое из трех стрелков попадет в мишень.
Решение.
Пусть A1 – событие, состоящее в том,
что мишень поражена первым стрелком, A2 – событие, состоящее
в том, что мишень поражена вторым стрелком. A3 – событие,
состоящее в том, что мишень поражена третьим стрелком. С – событие, состоящее в том, что в мишень попали только двое из трех из стрелков,
Вероятность попадания в мишень первым стрелком р
(А1)=0,8, вероятность его промаха
р ()=1-р(А1)=1-
0,8 = 0,2.
Вероятность попадания в мишень вторым стрелком р
(А2)=0,7, вероятность его промаха
р ()=1-р(А2)=1
– 0,7 = 0,3.
Вероятность попадания в мишень третьим стрелком р
(А3)=0,6, вероятность его промаха
р ()=1-р(А2)=1
– 0,6 = 0,4.
Чтобы
вычислить вероятность (двое из трех попали), надо вычислить вероятности, когда:
1. Промахнулся только первый стрелок, а второй и
третий попали.
2. Промахнулся только второй стрелок, а первый
и третий попали.
3. Промахнулся только третий стрелок, а первый и
второй попали.
Вероятность того, что промахнулся только первый
стрелок, а второй и третий попали: P1 = р ()∙ р (А2)∙ р (А3)= 0,2∙0,7∙0,6 = 0,084.
Вероятность того, что промахнулся только второй
стрелок, а первый и третий попали P2 = р (А1) ∙ р () р (А3)= 0,8∙0,3∙0,6 = 0,144.
Вероятность того, что промахнулся только третий
стрелок, а первый и второй попали P3 = р (А1) ∙ р (А2) ∙ р () = 0,8∙0,7∙0,4
= 0,224.
Отсюда вероятность (2 из 3 попали) р (С) = P1+ P2+ P3 = 0,084+0,144+0,224 = 0,452
Ответ: 0,452
№5. Стрелок
3 раза стреляет по мишеням. Вероятность попадания в мишень при одном выстреле равна 0,8.
Найдите вероятность того, что стрелок первые 2 раза попал в мишени, а последний раз
промахнулся.
Решение. Пусть A – событие, состоящее в том, что мишень поражена
стрелком при одном выстреле, B – событие, состоящее в том, что мишень
поражена.
Так
как вероятность попасть
в мишень при одном выстреле равна 0,8, то
вероятность попадания при первом выстреле равна P1(A) = 0,8, вероятность попадания при втором выстреле
равна P2(A)
= 0,8, вероятность того, что, стреляя третий раз, стрелок промахнулся,
равна P3() = 1 – 0,8 = 0,2.
Все события независимы. Вероятность того, что стрелок первые 2 раза попал в мишени, а последний раз
промахнулся.
P(B)= P1(A)∙ P2(А)∙ P3() = 0,8∙0,8∙0,2 = 0,128
Ответ: 0,128
№ 6. Биатлонист 5 раз стреляет по мишеням.
Вероятность попадания в мишень при одном выстреле 0,8. Какова вероятность,
что он попал в мишень 4 раза и один промахнулся?
Решение.
Промахнуться он мог первым, вторым, ..пятым выстрелом.
ХОООО; ОХООО; ООХОО; ОООХО; ООООХ.
Вероятность каждого исхода равна 0,84 ∙ 0,2 .
Суммируем вероятности: p = 5∙(0,84 ∙ 0,2) = 0,84 =
0,4096.
Ответ.0,4096.
№ 7. Три стрелка стреляют
в цель. Вероятность попадания в цель для первого, второго и третьего стрелка
соответственно равна 0,6; 0,7 и 0,75; Определить вероятность хотя бы одного попадания
в цель, если каждый стрелок сделает по одному выстрелу.
Решение.
Пусть A1 –
событие, состоящее в том, что мишень поражена первым стрелком, A2 –
событие, состоящее в том, что мишень поражена вторым стрелком. A3 –
событие, состоящее в том, что мишень поражена третьим стрелком. С – событие, состоящее в том, что в мишень попали хотя бы один раз.
Вероятность попадания в мишень первым стрелком р
(А1)=0,6, вероятность его промаха
р ()=1-р(А1)=1-
0,6 = 0,4.
Вероятность попадания в мишень вторым стрелком р
(А2)=0,7, вероятность его промаха
р ()=1-р(А2)=1
– 0,7 = 0,3.
Вероятность попадания в мишень третьим стрелком р
(А3)=0,75, вероятность его промаха
р ()=1-р(А2)=1
– 0,75= 0,25.
Посчитаем вероятность события: никто не попал
(то есть все промазали):
Р= р ()∙ р ()∙ р ()=
0,4∙0,3∙0,25= 0,03.
Вероятность хотя бы одного попадания в цель,
если каждый стрелок сделает по одному выстрелу р (С) = 1 – Р = 1 – 0,03 = 0,97.
Ответ .0,97.
№ 8. Три стрелка один за
другим стреляют в цель. Вероятность попадания первого – 0,8. Второго – 0,75.
Третьего 0,7.
Какова вероятность того, что попадут все три стрелка?
Решение.
Пусть A1 –
событие, состоящее в том, что цель поражена первым стрелком, A2 –
событие, состоящее в том, что цель поражена вторым стрелком. A3 –
событие, состоящее в том, что цель поражена третьим стрелком. С – событие, состоящее в том, что в цель попали все три стрелка.
Вероятность попадания в мишень первым стрелком р
(А1)=0,8. Вероятность попадания в мишень вторым стрелком р (А2)=0,75.
Вероятность попадания в мишень третьим стрелком р (А3)=0,7.
Вероятность того, что в цель попали все три стрелка:
р (С) = р (А1)∙ р (А1)∙ р
(А1)=0,8∙0,75∙0,7= 0,42
Ответ. 0,42.
№ 9. Ковбой Джон попадает в муху на стене с
вероятностью 0,9, если стреляет
из пристрелянного револьвера.
Если Джон стреляет из не пристрелянного револьвера, то он попадает в муху с
вероятностью 0,2. На столе лежит 10 револьверов, из них только 4
пристрелянные. Ковбой Джон видит на стене муху, наудачу хватает первый
попавшийся револьвер и стреляет в муху. Найдите вероятность того, что Джон
промахнётся.
Решение.1 способ.
Пусть A1 –
событие, состоящее в том, что ковбой берет пристрелянный револьвер, A2 –
событие, состоящее в том, что ковбой берет не пристрелянный револьвер. В1–
событие, состоящее в том, что ковбой попадает в муху из пристрелянного
револьвера. В2– событие, состоящее в том, что ковбой попадает в
муху из не пристрелянного револьвера. С –
событие, состоящее в том, что Джон не промахнётся.
Вероятность того, что ковбой схватит пристрелянный револьвер
р (А1) = 0,4. Вероятность того, что ковбой попадает в муху из
пристрелянного револьвера р (В1) = 0,9. Вероятность того, что попадется пристрелянный револьвер и
Джон попадет, равна Р1= р (А1)∙
р (В1) = 0,4∙0,9 = 0,36.
Вероятность того, что ковбой схватит не пристрелянный
револьвер р (А2) = 0,6. Вероятность того, что ковбой попадает в муху
из не пристрелянного револьвера р (В2) = 0,2. Вероятность того, что попадется не пристрелянный револьвер
и Джон попадет, равна Р1= р (А2)∙
р (В2) = 0,6∙0,2 = 0,12.
Вероятность
того, что Джон не промахнётся р(С) = Р1
+ Р2 = 0,36 +0,12 = 0,48.
Вероятность противоположного
события Джон промахнётся р()= 1 – р(С) =
1 – 0,48 = 0.52.
Ответ. 0,52.
2 способ.
Пусть A1 –
событие, состоящее в том, что ковбой берет пристрелянный револьвер. A2 –
событие, состоящее в том, что ковбой берет не пристрелянный револьвер. В1–
событие, состоящее в том, что ковбой попадает в муху из пристрелянного
револьвера. В2– событие, состоящее в том, что ковбой попадает в
муху из не пристрелянного револьвера. – событие, состоящее в
том, что ковбой промахнется из пристрелянного револьвера. – событие, состоящее в
том, что ковбой промахнется из не пристрелянного револьвера. С – событие, состоящее в том, что Джон
промахнётся.
Вероятность
того, что ковбой схватит пристрелянный револьвер р (А1) = 0,4.
Вероятность того, что ковбой попадает в муху из пристрелянного револьвера р (В1)
= 0,9, вероятность промаха Р() = 1 – р (В1) = 1 – 0,9 = 0,1.Вероятность
того, что попадется пристрелянный револьвер и Джон промахнется, равна Р1=
р (А1)∙ р () = 0,4∙0,1 = 0,04.
Вероятность того, что ковбой схватит не пристрелянный
револьвер р (А2) = 0,6. Вероятность того, что ковбой попадает в муху
из не пристрелянного револьвера р (В2) = 0,2, вероятность промаха Р() = 1 – р (В1) = 1 – 0,2 = 0,8.Вероятность
того, что попадется не пристрелянный револьвер и Джон промахнется, равна Р2=
р (А2) ∙ р () = 0,6∙0,8= 0,48.
Вероятность того, что Джон промахнётся р(С) =
Р1 + Р2 = 0,04 +0,48 = 0,52.
Ответ. 0,52.
№10. При артиллерийской стрельбе автоматическая система делает
выстрел по цели. Если цель не уничтожена, то система делает повторный
выстрел. Выстрелы повторяются до тех пор, пока цель не будет уничтожена.
Вероятность уничтожения некоторой цели при первом выстреле равна
0,4, а при каждом последующем — 0,6. Сколько выстрелов потребуется
для того, чтобы вероятность уничтожения цели была не менее 0,98?
Решение. Переформулируем вопрос задачи:
Сколько
выстрелов потребуется для того, чтобы вероятность промаха была бы меньше 1
-0,98 = 0,02?
При
первом выстреле вероятность промаха 1- 0,4 = 0,6.
При
каждом последующем выстреле вероятность промаха 1 – 0,6 = 0,4.
При
двух выстрелах вероятность промаха 0,6∙0,4 = 0,24 (первый
выстрел – промах и второй выстрел – промах).
При
трех выстрелах вероятность промаха
0,6∙0,4∙0,4
= 0,096
При
четырех выстрелах вероятность промаха
0,6∙0,4∙0,4 ∙0,4=
0,0384
При
пяти выстрелах вероятность промаха
0,6∙0,4∙0,4 ∙0,4∙0,4 = 0,01536
Замечаем,
что 0,015360,2
Итак,
пяти выстрелов достаточно, чтобы вероятность уничтожения цели была
не менее 0,98.
Ответ:
5.
№11. При
артиллерийской стрельбе автоматическая система делает выстрел по цели. Если
цель не уничтожена, то система делает повторный выстрел. Выстрелы повторяются
до тех пор, пока цель не будет уничтожена. Вероятность уничтожения некоторой
цели при первом выстреле равна 0,6, а при каждом последующем — 0,8. Сколько
выстрелов потребуется для того, чтобы вероятность уничтожения цели была не
менее 0,95?
Сколько бы не было сделано выстрелов, все эти события (каждый
отдельный выстрел) будут независимыми. При совершении независимых событий (в
данном случае группы выстрелов) одновременно вероятность такого события будет
равна произведению вероятностей этих независимых событий.
Вероятность поразить цель при первом выстреле равна 0,6.
Значит, вероятность промахнуться при первом выстреле равна 0,4.
Вероятность поразить цель при каждом последующем выстреле (втором
ит.д.) равна 0,8.
Значит, вероятность промаха при каждом последующем выстреле равна
0,2.
Необходимо поставить вопрос: каким образом может быть
поражена
цель?
Цель может быть поражена либо при первом выстреле, либо вторым
выстрелом, либо третьим, либо четвёртым, либо пятым выстрелом и т.д. …
Все перечисленные события независимые. Найдём их вероятности.
При первом:
Вероятность поражения равна 0,6.
При втором:
Вероятность поражения равна 0,4 ∙ 0,8 = 0,32 (мимо -попал).
То есть, вероятность поражения цели не более, чем двумя выстрелами
равна 0,6 + 0,32 = 0,92 < 0,95
При третьем:
Вероятность поражения равна 0,4 ∙ 0,2 ∙ 0,8 = 0,064 (мимо
–мимо -попал).
То есть, вероятность поражения цели не более, чем тремя выстрелами
равна 0,6 + 0,32 + 0,064 = 0,984 > 0,95
Таким образом, необходимо сделать три выстрела, чтобы мишень была
поражена с вероятностью не менее 0,95.
Ответ: 3
№
12. Вероятность попасть в мишень равна 0,6.
Произведено три выстрела. Какова вероятность, что
мишень была поражена не менее двух раз?
Решение:
Вероятность
того, что все три выстрела попадут в цель, равна P1=0,63=0,216.
Вероятность
того, что мишень будет поражена два раза, равна P2=3∙(0,4∙0,6∙0,6)=3∙0,144=0,432.
Здесь умножили на 3, потому что возможны три варианта (попал – не попал
-попал, попал – попал – не попал и не попал-попал-попал). Тогда искомая
вероятность равна P=P1+P2=0,216 +0,432 = 0,648.
Ответ
0.648.
Решение задач о выстрелах и попаданиях в цель
В предыдущих статьях мы разобрали популярные учебные задачи по теории вероятностей: задачи про бросание игральных костей и задачи о подбрасывании монет.
Перейдем еще к одному типу задач: про стрелков, которые делают выстрелы по целям (или мишеням), причем вероятности попаданий для каждого стрелка обычно заданы, а нужно найти вероятность ровно одного попадания, или не более двух попаданий, или всех трех и так далее, в зависимости от конкретной задачи.
Основной метод решения подобных задач – использование теорем о сложении и умножении вероятностей, который мы и разберем на примерах ниже. А перед примерами вы найдете онлайн калькулятор, который поможет решить подобные задачи буквально в один клик! Удобно решать самому? Посмотрите видеоурок и скачайте бесплатный шаблон Excel для решения задач о выстрелах.
Нужна помощь? Решаем теорию вероятностей на отлично
Полезная страница? Сохрани или расскажи друзьям
Онлайн решение задачи про попадание в цель
Выберите количество стрелков и затем введите в поля вероятности $p_i$ их попаданий в цель (десятичный разделитель – точка):
Видеоурок и шаблон Excel
Посмотрите наш ролик о решении задач с выстрелами: как использовать Excel для решения типовых задач с 2, 3 и 4 стрелками (выстрелами).
Расчетный файл Эксель из видео можно бесплатно скачать.
Два стрелка
Начнем традиционно с более простых задач, а именно, с двух стрелков. Пусть первый стрелок попадает в цель с вероятностью $p_1$, а второй – с вероятностью $p_2$ (конкретные числа см. в примерах ниже). Соответственно, сразу можно сделать вывод, что промахиваются они с вероятностями $q_1=1-p_1$ и $q_2=1-p_2$.
Чтобы иметь возможность оперировать с событиями, нужно сначала их (события) ввести. Кстати, сразу заметим, что события эти независимые (то есть вероятность попадания первого стрелка не зависит от того, как стреляет второй и наоборот). Итак, пусть:
Событие $A_1$ = (Первый стрелок попал в цель),
Событие $A_2$ = (Второй стрелок попал в цель).
Соответственно, события $overline{A_1}$, $overline{A_2}$ обозначают промах первого и второго стрелка (не попал в цель).
Сразу можно выписать все, что нам стало известно к этому времени о данных событиях, в терминах теории вероятности (так сказать, формализуем задачу, чтобы легче было ее решать дальше):
$$
P(A_1)=p_1, quad P(A_2)=p_2, quad Pleft(overline{A_1}right)=1-p_1=q_1, quad Pleft(overline{A_2}right)=1-p_2=q_2.
$$
Теперь можно переходить к подсчету вероятностей попаданий. Например, пусть событие $X$ =(При двух выстрелах не было ни одного поражения цели). Вопрос, когда такое случится? Ясно, что когда ни первый стрелок, ни второй не попадут в цель, то есть одновременно произойдут события $overline{A_1}$ и $overline{A_2}$, что можно записать как произведение событий: $X=overline{A_1} cdot overline{A_2}$. Согласно теореме умножения вероятностей независимых событий, вероятность произведения событий равна произведению соответствующих вероятностей, или:
$$
P(X)=Pleft(overline{A_1} cdot overline{A_2}right)= Pleft(overline{A_1}right) cdot Pleft(overline{A_2}right) = q_1 cdot q_2. qquad (1)
$$
Рассмотрим еще одно событие $Y$ =(При двух выстрела ровно один стрелок попадет в цель). Как можно записать это событие через уже известные нам $A_1$ и $A_2$? Подумаем, когда такое событие произойдет:
1. Когда первый стрелок попадет в цель (событие $A_1$) и одновременно с этим второй стрелок промахнется (событие $overline{A_2}$), то есть получили произведение событий $A_1 cdot overline{A_2}$.
2. Когда второй стрелок попадет в цель (событие $A_2$) и одновременно с этим первый стрелок промахнется (событие $overline{A_1}$), то есть получили произведение событий $overline{A_1} cdot A_2$.
Так как других вариантов для получения одного попадания нет, а эти два варианта – несовместные (они не могут произойти одновроменно, или первая ситуация, или вторая), то по теореме сложения вероятностей несовместных событий:
$$
P(Y) = Pleft(A_1 cdot overline{A_2} + overline{A_1} cdot A_2right)= Pleft(A_1 cdot overline{A_2} right)+ Pleft( overline{A_1} cdot A_2right) =
$$
дальше уже по известной теореме умножения вероятностей раскрываем скобки:
$$
= P(A_1) cdot left(overline{A_2} right) + Pleft( overline{A_1} right) cdot P(A_2) = p_1 cdot q_2 + q_1 cdot p_2.
$$
Мы получили формулу, позволяющую найти вероятность в точности одного попадания в цель:
$$
P(Y) = p_1 cdot q_2 + q_1 cdot p_2. qquad (2)
$$
Если вы одолели последние пару абзацев, дальше все будет проще, поверьте:). Просто нужно привыкнуть к формулам, а потом они сами будут подсказывать вам верный ход решения.
Ну и наконец, найдем вероятность события $Z$ = (Оба стрелка попадут в цель), которое, как вы наверное и сами уже поняли, можно выразить так: $Z = A_1 cdot A_2$. Итоговая формула:
$$
P(Z) = P(A_1 cdot A_2) = P(A_1) cdot P(A_2)= p_1 cdot p_2. qquad (3)
$$
Большая теоретическая часть окончена, теперь можно решать примеры как орешки.
Пример 1. Два одновременно стреляют по мишени. Вероятность попадания по мишени у первого стрелка равна 0,6, у второго – 0,7. Какова вероятность того, что в мишени будет только одна пробоина?
Не будем повторять все выкладки выше, для этого мы их и делали подробно. Сразу перейдем к решению. Так как нужно найти вероятность всего одного попадания, используем формулу (2), где по условию $p_1=0,6$, $p_2=0,7$, значит $q_1=1-p_1=0,4$, $q_2=1-p_2=0,3$. Получаем:
$$
P = p_1 cdot q_2 + q_1 cdot p_2 = 0,6 cdot 0,3 + 0,4 cdot 0,7 = 0,46.$$
Пример 2. Два стрелка, для которых вероятности попадания в мишень равны соответственно 0,7 и 0,8, производят по одному выстрелу. Найти вероятность того, что мишень поражена дважды.
Опять же, нужно только применить формулу (3) с данными задачи $p_1=0,7$, $p_2=0,8$ и сразу получим ответ:
$$
P = p_1 cdot p_2=0,7 cdot 0,8 = 0,56.
$$
Пример 3. Производятся два выстрела по цели, вероятности попадания равны 0,3 и 0,4. Найти вероятность того, что хотя бы один выстрел попал в цель.
На этот раз задача будет решена не в одно, а в два действия, но пусть это вас не пугает. Как обычно, в задачах содеражащих фразу “хотя бы один…” мы помимо основного события: $Q$ = (Хотя бы один выстрел попал в цель) вводим сразу противоположное событие $overline{Q}$ = (Ни один выстрел не попал в цель, 0 попаданий). А дальше уже известно, применяем формулу (1), которая выведена выше:
$$
P(overline{Q}) = q_1 cdot q_2= (1-0,3) cdot (1-0,4) =0,7 cdot 0,6 = 0,42.
$$
Вероятность нужного нам события тогда равна:
$$
P(Q) = 1- P(overline{Q}) = 1 – 0,42 = 0,58.
$$
Три стрелка
К двум устрелявшимся стрелкам наконец присоединяется третий, бодрый и полный сил. А мы принимаемся за вывод формул. Напомню общую постановку задачи: три стрелка, вероятности попаданий в цель которых равны $p_1$, $p_2$ и $p_3$, делают по одному выстрелу и подсчитывают число попаданий. Наша задача – вычислить вероятности 1, 2, 3 или ни одного попадания.
Начало одинаковое – формализуем задачу и вводим независимые события:
Событие $A_1$ = (Первый стрелок попал в цель),
Событие $A_2$ = (Второй стрелок попал в цель),
Событие $A_3$ = (Третий стрелок попал в цель).
Известно, что:
$$
P(A_1)=p_1, quad P(A_2)=p_2, quad P(A_3)=p_3, \ Pleft(overline{A_1}right)=1-p_1=q_1, quad Pleft(overline{A_2}right)=1-p_2=q_2, quad Pleft(overline{A_3}right)=1-p_3=q_3.
$$
Вероятность того, что не будет ни одного попадания, вычисляется абсолютно аналогично случаю для двух стрелков, только добавляется третий сомножитель (см. формулу (1)), так как все трое должны промахнуться:
$$
P_0=Pleft(overline{A_1} cdot overline{A_2} cdot overline{A_3}right)= Pleft(overline{A_1}right) cdot Pleft(overline{A_2}right) cdot Pleft(overline{A_3}right)= q_1 cdot q_2 cdot q_3. qquad (4)
$$
Найдем вероятность события $X_1$ = (Из трех стрелков в цель попал только один). Опять таки, когда может произойти это событие? Опишем словами возможные ситуации:
1. Когда первый стрелок попадет в цель (событие $A_1$), и одновременно с этим второй стрелок промахнется (событие $overline{A_2}$) и третий стрелок промахнется (событие $overline{A_3}$), то есть получили произведение событий $A_1 cdot overline{A_2} cdot overline{A_3}$.
2. Второй стрелок попадет в цель (событие $A_2$), а первый и третий промахнутся, то есть $overline{A_1} cdot A_2 cdot overline{A_3}$
3. Третий стрелок попадет в цель (событие $A_3$), а первый и второй промахнутся, то есть $overline{A_1} cdot overline{A_2} cdot A_3$
Итого событие можно представить как сумму этих трех несовместных сложных событий:
$$
X_1= A_1 cdot overline{A_2} cdot overline{A_3} + overline{A_1} cdot A_2 cdot overline{A_3} + overline{A_1} cdot overline{A_2} cdot A_3.
$$
Используя теоремы сложения и умножения вероятностей, придем к итоговой формуле:
$$
P_1 = P(X_1)= \ = P(A_1) cdot Pleft(overline{A_2} right) cdot Pleft(overline{A_3} right) + Pleft(overline{A_1}right) cdot P(A_2) cdot Pleft(overline{A_3} right) + Pleft(overline{A_1} right) cdot Pleft(overline{A_2} right) cdot P(A_3)=\
= p_1 cdot q_2 cdot q_3 + q_1 cdot p_2 cdot q_3 + q_1 cdot q_2 cdot p_3. qquad (5)
$$
Желающие потренироваться в выводе формул могут на этом этапе самостоятельно попытаться выписать вероятности для 2 и 3 попаданий (соответственно, $P_2$ и $P_3$), и сравнить с теми формулами, что я приведу ниже:
$$
P_2 = P(X_2)= \
= P(A_1) cdot P(A_2) cdot Pleft(overline{A_3} right) + P(A_1)cdot Pleft(overline{A_2} right) cdot P(A_3) + Pleft(overline{A_1} right) cdot P(A_2) cdot P(A_3)=\
= p_1 cdot p_2 cdot q_3 + p_1 cdot q_2 cdot p_3 + q_1 cdot p_2 cdot p_3. qquad (6)
$$
$$
P_3 = P(X_3)= P(A_3) cdot P(A_2) cdot P(A_3) = p_1 cdot p_2 cdot p_3. qquad (7)
$$
Теперь, вооружившись формулами до зубов, снова возвращаемся к задачнику и решаем примеры буквально в одну строчку (конечно, если вы оформляете эти работы для сдачи преподавателю, используйте в решении и вывод формул, приведенный выше).
Пример 4. Три стрелка производят по одному выстрелу. Вероятности попадания 1-го, 2-го и 3-го стрелков соответственно равны: 0,2, 0,3 и 0,4. Найти вероятность получения одного попадания?
Так как речь идет об одном попадании, используем формулу (5), куда подставляем значения из условия задачи:
$$
p_1=0,2, quad p_2=0,3, quad p_3=0,4, quad q_1=0,8, quad q_2=0,7, quad q_3=0,6
$$
Получаем:
$$
P_1 = p_1 cdot q_2 cdot q_3 + q_1 cdot p_2 cdot q_3 + q_1 cdot q_2 cdot p_3=\
= 0,2 cdot 0,7cdot 0,6 + 0,8 cdot 0,3 cdot 0,6 + 0,8 cdot 0,7 cdot 0,4 = 0,452.
$$
Пример 5. 3 стрелка делают по одному выстрелу в мишень. Вероятности попадания для каждого стрелка соответственно равны 0,8; 0,7; 0,5. Определите вероятность того, что в мишени окажется ровно 2 пробоины.
Так как речь идет о двух попаданиях, используем формулу (6), куда подставляем значения из условия задачи:
$$
p_1=0,8, quad p_2=0,7, quad p_3=0,5, quad q_1=0,2, quad q_2=0,3, quad q_3=0,5
$$
Получаем:
$$
P_2 = p_1 cdot p_2 cdot q_3 + p_1 cdot q_2 cdot p_3 + q_1 cdot p_2 cdot p_3 = \
= 0,8 cdot 0,7 cdot 0,5 + 0,8 cdot 0,3 cdot 0,5 + 0,2 cdot 0,7 cdot 0,5 = 0,47.
$$
Пример 6. Из трех орудий произвели залп по цели. Вероятность попадания в цель при одном выстреле из первого орудия равна 0,8; для второго и третьего орудий эти вероятности соответственно равны 0,7 и 0,9. Найти вероятность хотя бы одного попадания при одном залпе из всех орудий.
Надеюсь, вас не смутили орудия вместо стрелков? На самом деле, не суть важно, что происходит: три стрелка вышли на линию, или три пушки готовят залп, или три снайпера целятся в одного террориста. С точки зрения теории вероятностей, все формулы остаются прежними.
Поэтому смело приступаем к решению. Требуется найти вероятность события $A$ = (Будет хотя бы одно попадания при одновременном залпе из всех орудий), поэтому введем для простоты расчетов противоположное событие $overline{A}$ = (Все три орудия дали промашку), вероятность которого найдем по формуле (4), подставляя значения:
$$
p_1=0,8, quad p_2=0,7, quad p_3=0,9, quad q_1=0,2, quad q_2=0,3, quad q_3=0,1
$$
Получаем:
$$
Pleft(overline{A} right) = P_0 = q_1 cdot q_2 cdot q_3 = 0,2 cdot 0,3 cdot 0,1 = 0,006.
$$
Искомая вероятность:
$$
P(A) = 1 – Pleft(overline{A} right) = 1 – 0,006 = 0,994.
$$
Задачи на формулу Бернулли
Когда я писала первый вариант статьи, этого раздела не было. Но ведь задачи, когда выстрелы попадают в цель с одинаковой вероятностью, встречаются весьма и весьма часто и фактически являются частным и более простым случаем разобранных выше. Так что перед вами дополнительный раздел, надеюсь, он окажется полезным:).
Итак, вернемся к нашим стрелкам. Теперь будем считать, что вероятность попадания в цель при каждом выстреле одинакова и равна $p$, число выстрелов равно $n$ и конечно, как и прежде, выстрелы попадают в цель независимо друг от друга. Хм… Что-то знакомое? Конечно! Это схема независимых повторных испытаний, иначе говоря, схема Бернулли.
Ну вот, скажете вы, только научились решать одним способом, и тут на тебе, “схема Бернулли”!
А я отвечу, что в ней как минимум пара преимуществ:
- нужно запомнить всего одну формулу вместо нескольких (см. выше)
- теперь количество стрелков может быть не только 2, 3 или 4 (что уже громоздко), а практически любое – 5, 10, 12…
Пора приступать. Сначала сама формула, а потом разберем несколько примеров для закрепления пройденного:).
Пусть производится $n$ выстрелов, вероятность попадания в цель каждом из которых равна $p$. Вероятность, что окажется в точности $k$ попаданий, можно вычислить по формуле Бернулли:
$$
P_n(k)=C_n^k cdot p^k cdot (1-p)^{n-k} = C_n^k cdot p^k cdot q^{n-k}.
$$
Пример 7. Стрелок производит 4 выстрела, вероятность попадания при каждом из них равна $p=0,8$. Найти вероятность того, что:
1) Стрелок попадёт 3 раза
2) Стрелок попадёт не менее 3-ёх раз.
Вот она, типовая задача на формулу Бернулли. Наши параметры: $n=4$ (число выстрелов), $p=0,8$ (вероятность попадания при одном выстреле), $q=1-p=0,2$ (вероятность промаха).
1) Вероятность того, что стрелок попадёт 3 раза:
$$
P_4(3)=C_4^3 cdot 0,8^3 cdot 0,2^{4-3} = 4 cdot 0,8^3 cdot 0,2 =0,41.
$$
2) Вероятность того, что стрелок попадёт не менее 3-ёх раз из 4 (то есть или 3, или 4 раза – складываем вероятности соответствующих событий):
$$
P_4(k ge 3) =P_4(3) + P_4(4)=0,41+ C_4^4 cdot 0,8^4 cdot 0,2^{0} = 0,41+0,8^4 =0,819.
$$
И это все! Проще некуда, но не забывайте, что задачи разные, где-то формула Бернулли подходит (повторяем: вероятности одинаковые, события независимые и повторные), а где-то – нет (как в разобранных в начале этой статьи задачах).
Пример 8. Вероятность попасть в десятку у данного стрелка при одном выстреле равна 0,2. Определить вероятность выбивания не менее 20 очков при десяти выстрелах.
И опять проверяем выполнение условий схемы Бернулли: вероятности одинаковые (да, $p=0,2$), выстрелы независимые, число выстрелов задано ($n=10$).
Сформулируем вопрос задачи математически: что значит выбито не менее 20 очков? Это значит, что в 10 выстрелах было не менее 2 попаданий в цель (то есть 2, 3, 4,…, 10). Что-то многовато…
В таком случае проще подсчитать сначала вероятность противоположного события: “В 10 выстрелах было менее 2 попаданий в цель” (то есть 0 или 1). Вот тут полегче, давайте посчитаем:
$$
P_{10}(k lt 2) =P_{10}(0) + P_{10}(1)=C_{10}^{0} cdot 0,2^{0} cdot 0,8^{10}+ C_{10}^{1} cdot 0,2^{1} cdot 0,8^{9} =\
=0,8^{10}+ 10 cdot 0,2 cdot 0,8^{9} =0,376.
$$
Тогда искомая вероятность выбить не менее 20 очков будет:
$$
P_{10}(k ge 2) =1-P_{10}(k lt 2)=1-0,376=0,624.
$$
Пригодится: онлайн калькулятор для таких задач
Другие задачи про выстрелы и попадания
Конечно же, не все задачи про выстрелы можно решать по данным формулам (точнее, не все вписываются в эту схему напрямую), это лишь один из популярных классов задач. Для полноты изложения я приведу еще несколько типовых задач с немного отличающимся решением. Задачи из существенно других разделов (например, на формулу Байеса или построение ряда распределения случайной величины) будут разобраны в других статьях.
Пример 9. Вероятность того, что стрелок попадет в цель при одном выстреле, равна 0,7. Производится пять независимых выстрелов. Какова вероятность того, что в мишени окажется хотя бы одна пробоина?
Требуется найти вероятность события $A$ = (В мишени окажется хотя бы одна пробоина), поэтому вводим сначала противоположное событие $overline{A}$ = (Все пять выстрелов не попали в цель). Если обозначить вероятность попадания в цель как $p=0,7$ (она одинакова при каждом выстреле), а вероятность промаха как $q=1-p=0,3$, то вероятность всех пяти промахов будет
$$
Pleft(overline{A} right) = q^5 = 0,3^5.
$$
Искомая вероятность:
$$
P(A) = 1 – Pleft(overline{A} right) = 1 – 0,3^5 = 0,998.
$$
Общий случай: как найти вероятность наступления хотя бы одного события
Пример 10. Два стрелка стреляют по мишени по одному разу. Вероятность того, что оба попали равна 0,42, а вероятность того что оба промахнулись, 0,12. Найти вероятность попадания в мишень каждым стрелком при одном выстреле.
Если обозначить вероятности попадания первым и вторым стрелком соответственно как $p_1$ и $p_2$, то, используя формулы (1) и (3), запишем условие задачи в виде системы уравнений:
$$
P_2 = p_1 cdot p_2 = 0,42;\
P_0 = (1-p_1) cdot (1-p_2) = 0,12.\
$$
Решая эту систему, найдем искомые вероятности попадания для каждого стрелка: $p_1 = 0,6$ и $p_2 = 0,7$ (или наоборот, $p_1 = 0,7$ и $p_2 = 0,6$).
Пример 11. Вероятность хотя бы одного попадания в цель при четырех выстрелах равна 0,9984. Найти вероятность попадания в цель при одном выстреле.
Если обозначить вероятность попадания в цель как $p$ (она одинакова при каждом выстреле), а вероятность промаха как $q=1-p$, то вероятность 4 промахов при четырех выстрелах будет равна $q^4$, а соответственно вероятность хотя бы одного попадания в цель при четырех выстрелах – $1-q^4$. Получаем уравнение:
$$
1-q^4=0,9984;\
q^4=0,0016;\
q=0,2;\
p=1-q=0,8.
$$
Нашли вероятность попадания в цель при одном выстреле, она равна 0,8.
Пример 12. Два стрелка независимо выстрелили по мишени по два раза. Меткость первого стрелка равна 0,8; второго – 0,7. Найти вероятность того, что в мишень попадут все четыре пули.
Все 4 пули попадут в мишень, если первый стрелок попадет оба раза (вероятность попадания при одном выстреле у него $p_1=0,8$), и одновременно второй стрелок попадет оба раза (вероятность попадания при одном выстреле у него $p_2=0,7$). По правилу умножения вероятностей
$$
P = p_1 cdot p_1 cdot p_2 cdot p_2 = 0,8 cdot 0,8 cdot 0,7 cdot 0,7 = 0,3136.
$$
Понравилось? Добавьте в закладки
Полезная информация
|
|
Решебник по вероятности
В решебнике вы найдете более 700 задач о выстрелах и попаданиях с полными решениями (вводите часть текста для поиска своей задачи):
Как рассчитывается вероятность промахов стрелка подряд?
Профи
(557),
закрыт
5 лет назад
Амед Мурдулаев
Ученик
(141)
5 лет назад
Вероятность одного промаха равна 40 % или 40/100 = 0.4 ( в относительных единицах)
Вероятность двух промахов подряд равна 0.4*0.4= 0.16 или 16% (умножаем относительные единицы на 100, чтобы получить проценты)
Вероятность трех промахов подряд равна 0.4 * 0.4 * 0.4 = (0.064 или 6.4 %)
Вероятность четырех промахов подряд равна 0.4 * 0.4 * 0.4 * 0.4 = 0.0256 (или 2.56 %)
Ну как то так, НО это вероятность 4 промахов подряд из 4 выстрелов, а для 100 выстрелов будет
100/4=25 попыток промахнуться 4 раза подряд, значит умножаем нашу вероятность на число попыток:
2.56 * 25 = 64%
То есть 64 процента – это вероятность того, что сделав 100 выстрелов, он промахнется 4 раза подряд
Источник: Остальные ответчики бред несут, инфа 100%
RESPECTПрофи (557)
5 лет назад
Спасибо большое за подробный ответ!
Согласен на счет остальных участников)
RESPECTПрофи (557)
5 лет назад
А если стрелок делал 200 выстрелов, то по вашей формуле у него будет 50 попыток промахнуться 4 раза подряд = 128% ?
Как то не сходится
Александр АзовцевЗнаток (377)
5 лет назад
и вообще возможностей промахнуться за 100 выстрелов 4 раза подряд значительно больше чем 25 раз, ведь с самого начала он может сделать 4 промаха, а если первый раз попал, то есть возможность со второго раза сделать 4 промаха и т. д.
Отсюда следует, что возможных варианов 100-4=96 возможностей, что он 4 раза подряд промахнется.
Денис Крижевский
Ученик
(117)
5 лет назад
Я думаю вероятность того что он промахивался 4 раза подряд 100%, так как 6 раз он попадает в цель и 4 раза промахивается, в сумме 10 выстрелов, и так 10 раз, выходит 60 раз попал в цель, и 40 не попал ( по процентам понятно )
RESPECTПрофи (557)
5 лет назад
Он может чередовать промахи с попаданием в цель, попал – не полпал – попал…
Георгий Сурманидзе
Ученик
(127)
5 лет назад
Вероятность одного промаха равна 40 % или 40/100 = 0.4 ( в относительных единицах)
Вероятность двух промахов подряд равна 0.4*0.4= 0.16 или 16% (умножаем относительные единицы на 100, чтобы получить проценты)
Вероятность трех промахов подряд равна 0.4 * 0.4 * 0.4 = (0.064 или 6.4 %)
Вероятность четырех промахов подряд равна 0.4 * 0.4 * 0.4 * 0.4 = 0.0256 (или 2.56 %)
Ну как то так, НО это вероятность 4 промахов подряд из 4 выстрелов, а для 100 выстрелов будет
100/4=25 попыток промахнуться 4 раза подряд, значит умножаем нашу вероятность на число попыток:
2.56 * 25 = 64%
То есть 64 процента – это вероятность того, что сделав 100 выстрелов, он промахнется 4 раза подряд
eee eee
Ученик
(149)
5 лет назад
Вероятность одного промаха равна 40 % или 40/100 = 0.4 ( в относительных единицах)
Вероятность двух промахов подряд равна 0.4*0.4= 0.16 или 16% (умножаем относительные единицы на 100, чтобы получить проценты)
Вероятность трех промахов подряд равна 0.4 * 0.4 * 0.4 = (0.064 или 6.4 %)
Вероятность четырех промахов подряд равна 0.4 * 0.4 * 0.4 * 0.4 = 0.0256 (или 2.56 %)
Ну как то так, НО это вероятность 4 промахов подряд из 4 выстрелов, а для 100 выстрелов будет
100/4=25 попыток промахнуться 4 раза подряд, значит умножаем нашу вероятность на число попыток:
2.56 * 25 = 64%
То есть 64 процента – это вероятность того, что сделав 100 выстрелов, он промахнется 4 раза подряд
Решение задач о выстрелах и попаданиях в цель
Задачи про стрелков, которые делают выстрелы по целям (или мишеням), причем вероятности попаданий для каждого стрелка обычно заданы, а нужно найти вероятность ровно одного попадания, или не более двух попаданий, или всех трех и так далее, в зависимости от конкретной задачи.
Основной метод решения подобных задач – использование теорем о сложении и умножении вероятностей, который мы и разберем на примерах ниже.
Два стрелка
Пример 1. Два одновременно стреляют по мишени. Вероятность попадания по мишени у первого стрелка равна 0,6, у второго – 0,7. Какова вероятность того, что в мишени будет только одна пробоина?
Не будем повторять все выкладки выше, для этого мы их и делали подробно. Сразу перейдем к решению. Так как нужно найти вероятность всего одного попадания, используем формулу (2), где по условию p1=0,6p1=0,6, p2=0,7p2=0,7, значит q1=1−p1=0,4q1=1−p1=0,4, q2=1−p2=0,3q2=1−p2=0,3. Получаем:
P=p1⋅q2+q1⋅p2=0,6⋅0,3+0,4⋅0,7=0,46.P=p1⋅q2+q1⋅p2=0,6⋅0,3+0,4⋅0,7=0,46.
Пример 2. Два стрелка, для которых вероятности попадания в мишень равны соответственно 0,7 и 0,8, производят по одному выстрелу. Найти вероятность того, что мишень поражена дважды.
Опять же, нужно только применить формулу (3) с данными задачи p1=0,7p1=0,7, p2=0,8p2=0,8 и сразу получим ответ:
P=p1⋅p2=0,7⋅0,8=0,56.P=p1⋅p2=0,7⋅0,8=0,56.
Пример 3. Производятся два выстрела по цели, вероятности попадания равны 0,3 и 0,4. Найти вероятность того, что хотя бы один выстрел попал в цель.
На этот раз задача будет решена не в одно, а в два действия, но пусть это вас не пугает. Как обычно, в задачах содеражащих фразу “хотя бы один…” мы помимо основного события: QQ = (Хотя бы один выстрел попал в цель) вводим сразу противоположное событие Q¯¯¯¯Q¯ = (Ни один выстрел не попал в цель, 0 попаданий). А дальше уже известно, применяем формулу (1), которая выведена выше:
P(Q¯¯¯¯)=q1⋅q2=(1−0,3)⋅(1−0,4)=0,7⋅0,6=0,42.P(Q¯)=q1⋅q2=(1−0,3)⋅(1−0,4)=0,7⋅0,6=0,42.
Вероятность нужного нам события тогда равна:
P(Q)=1−P(Q¯¯¯¯)=1−0,42=0,58.P(Q)=1−P(Q¯)=1−0,42=0,58.
Три стрелка
К двум устрелявшимся стрелкам наконец присоединяется третий, бодрый и полный сил. А мы принимаемся за вывод формул. Напомню общую постановку задачи: три стрелка, вероятности попаданий в цель которых равны p1p1, p2p2 и p3p3, делают по одному выстрелу и подсчитывают число попаданий. Наша задача – вычислить вероятности 1, 2, 3 или ни одного попадания.
Пример 4. Три стрелка производят по одному выстрелу. Вероятности попадания 1-го, 2-го и 3-го стрелков соответственно равны: 0,2, 0,3 и 0,4. Найти вероятность получения одного попадания?
Так как речь идет об одном попадании, используем формулу (5), куда подставляем значения из условия задачи:
p1=0,2,p2=0,3,p3=0,4,q1=0,8,q2=0,7,q3=0,6p1=0,2,p2=0,3,p3=0,4,q1=0,8,q2=0,7,q3=0,6
Получаем:
P1=p1⋅q2⋅q3+q1⋅p2⋅q3+q1⋅q2⋅p3==0,2⋅0,7⋅0,6+0,8⋅0,3⋅0,6+0,8⋅0,7⋅0,4=0,452.P1=p1⋅q2⋅q3+q1⋅p2⋅q3+q1⋅q2⋅p3==0,2⋅0,7⋅0,6+0,8⋅0,3⋅0,6+0,8⋅0,7⋅0,4=0,452.
Пример 5. 3 стрелка делают по одному выстрелу в мишень. Вероятности попадания для каждого стрелка соответственно равны 0,8; 0,7; 0,5. Определите вероятность того, что в мишени окажется ровно 2 пробоины.
Так как речь идет о двух попаданиях, используем формулу (6), куда подставляем значения из условия задачи:
p1=0,8,p2=0,7,p3=0,5,q1=0,2,q2=0,3,q3=0,5p1=0,8,p2=0,7,p3=0,5,q1=0,2,q2=0,3,q3=0,5
Получаем:
P2=p1⋅p2⋅q3+p1⋅q2⋅p3+q1⋅p2⋅p3==0,8⋅0,7⋅0,5+0,8⋅0,3⋅0,5+0,2⋅0,7⋅0,5=0,47.P2=p1⋅p2⋅q3+p1⋅q2⋅p3+q1⋅p2⋅p3==0,8⋅0,7⋅0,5+0,8⋅0,3⋅0,5+0,2⋅0,7⋅0,5=0,47.
Пример 6. Из трех орудий произвели залп по цели. Вероятность попадания в цель при одном выстреле из первого орудия равна 0,8; для второго и третьего орудий эти вероятности соответственно равны 0,7 и 0,9. Найти вероятность хотя бы одного попадания при одном залпе из всех орудий.
Надеюсь, вас не смутили орудия вместо стрелков? На самом деле, не суть важно, что происходит: три стрелка вышли на линию, или три пушки готовят залп, или три снайпера целятся в одного террориста. С точки зрения теории вероятностей, все формулы остаются прежними.
Поэтому смело приступаем к решению. Требуется найти вероятность события AA= (Будет хотя бы одно попадания при одновременном залпе из всех орудий), поэтому введем для простоты расчетов противоположное событие A¯¯¯¯A¯ = (Все три орудия дали промашку), вероятность которого найдем по формуле (4), подставляя значения:
p1=0,8,p2=0,7,p3=0,9,q1=0,2,q2=0,3,q3=0,1p1=0,8,p2=0,7,p3=0,9,q1=0,2,q2=0,3,q3=0,1
Получаем:
P(A¯¯¯¯)=P0=q1⋅q2⋅q3=0,2⋅0,3⋅0,1=0,006.P(A¯)=P0=q1⋅q2⋅q3=0,2⋅0,3⋅0,1=0,006.
Искомая вероятность:
P(A)=1−P(A¯¯¯¯)=1−0,006=0,994.P(A)=1−P(A¯)=1−0,006=0,994.
Другие задачи про выстрелы и попадания
Конечно же, не все задачи про выстрелы можно решать по данным формулам (точнее, не все вписываются в эту схему напрямую), это лишь один из популярных классов задач. Для полноты изложения я приведу еще несколько типовых задач с немного отличающимся решением.
Пример 7. Вероятность того, что стрелок попадет в цель при одном выстреле, равна 0,7. Производится пять независимых выстрелов. Какова вероятность того, что в мишени окажется хотя бы одна пробоина?
Требуется найти вероятность события AA = (В мишени окажется хотя бы одна пробоина), поэтому вводим сначала противоположное событие A¯¯¯¯A¯ = (Все пять выстрелов не попали в цель). Если обозначить вероятность попадания в цель какp=0,7p=0,7 (она одинакова при каждом выстреле), а вероятность промаха как q=1−p=0,3q=1−p=0,3, то вероятность всех пяти промахов будет
P(A¯¯¯¯)=q5=0,35.P(A¯)=q5=0,35.
Искомая вероятность:
P(A)=1−P(A¯¯¯¯)=1−0,35=0,998.P(A)=1−P(A¯)=1−0,35=0,998.
Пример 8. Два стрелка стреляют по мишени по одному разу. Вероятность того, что оба попали равна 0,42, а вероятность того что оба промахнулись, 0,12. Найти вероятность попадания в мишень каждым стрелком при одном выстреле.
Если обозначить вероятности попадания первым и вторым стрелком соответственно как p1p1 и p2p2, то, используя формулы (1) и (3), запишем условие задачи в виде системы уравнений:
P2=p1⋅p2=0,42;P0=(1−p1)⋅(1−p2)=0,12.P2=p1⋅p2=0,42;P0=(1−p1)⋅(1−p2)=0,12.
Решая эту систему, найдем искомые вероятности попадания для каждого стрелка: p1=0,6p1=0,6 и p2=0,7p2=0,7 (или наоборот, p1=0,7p1=0,7 и p2=0,6p2=0,6).
Пример 9. Вероятность хотя бы одного попадания в цель при четырех выстрелах равна 0,9984. Найти вероятность попадания в цель при одном выстреле.
Если обозначить вероятность попадания в цель как pp (она одинакова при каждом выстреле), а вероятность промаха как q=1−pq=1−p, то вероятность 4 промахов при четырех выстрелах будет равна q4q4, а соответственно вероятность хотя бы одного попадания в цель при четырех выстрелах – 1−q41−q4. Получаем уравнение:
1−q4=0,9984;q4=0,0016;q=0,2;p=1−q=0,8.1−q4=0,9984;q4=0,0016;q=0,2;p=1−q=0,8.
Нашли вероятность попадания в цель при одном выстреле, она равна 0,8.
Пример 10. Два стрелка независимо выстрелили по мишени по два раза. Меткость первого стрелка равна 0,8; второго – 0,7. Найти вероятность того, что в мишень попадут все четыре пули.
Все 4 пули попадут в мишень, если первый стрелок попадет оба раза (вероятность попадания при одном выстреле у него p1=0,8p1=0,8), и одновременно второй стрелок попадет оба раза (вероятность попадания при одном выстреле у него p2=0,7p2=0,7). По правилу умножения вероятностей
P=p1⋅p1⋅p2⋅p2=0,8⋅0,8⋅0,7⋅0,7=0,3136.
Полная вероятность и формула Байеса
- Зависимые события и условные вероятности
- Вероятность совместного появления событий
- Формула полной вероятности
- Формула Байеса
- Примеры
п.1. Зависимые события и условные вероятности
Чтобы вспомнить о сложении и умножении вероятностей и независимых событиях – см. §39 справочника для 9 класса.
Напомним, что два случайных события A и B называют независимыми, если наступление одного из них не изменяет вероятность наступления другого.
Например: при бросании монеты несколько раз каждый следующий бросок совершенно не зависит от предыдущих.
Два случайных события A и B называют зависимыми, если вероятность одного из них зависит от того, произошло или нет другое событие.
Вероятность события B, определенная при условии, что событие A произошло, называется условной вероятностью и обозначается (P(B|A)) или (P_A(B)).
Для условных вероятностей справедливы формулы: $$ P(A|B)=frac{P(Awedge B)}{P(B)}, P(B|A)=frac{P(Awedge B)}{P(A)} $$ где (P(Awedge B)) – вероятность совместного появления событий A и B.
Например:
Рассмотрим урну, в которой находится 3 белых и 3 черных шара.
Мы достаем шары, смотрим на их цвет и не возвращаем их на место. События в последовательности становятся зависимыми.
Пусть событие A=”в 1й раз достаем черный шар”,
Событие B=”во 2й раз достаем белый шар”
Событие C=”во 2й раз достаем черный шар”
После того, как произошло событие A, в урне остается 3 белых и 2 черных шара.
Тогда условная вероятность для события B при условии, что событие A произошло:
(P(B|A)=frac35)
Аналогично, условная вероятность для события C:
(P(B|A)=frac25)
п.2. Вероятность совместного появления событий
Вероятность совместного появления двух зависимых событий равна произведению вероятности одного из них на условную вероятность второго, вычисленную при условии, что первое событие произошло: $$ P(Awedge B)=P(B)cdot P(A|B)=P(A)cdot P(B|A) $$ Это утверждение также называют теоремой умножения вероятностей.
Например:
Продолжая предыдущий пример, вероятность события ((Awedge B)) – 1й раз достали черный шар и 2й раз белый – равна: $$ P(Awedge B)=P(A)cdot P(B|A)=frac12cdot frac35=0,3 $$ Также, напомним:
Вероятность совместного появления двух независимых событий равна произведению вероятностей этих событий: $$ P(Awedge B)=P(A)cdot P(B) $$
Например:
Пусть в урне 3 белых и 3 черных шара. Мы достаем шары, смотрим на их цвет и возвращаем их на место. В последовательности наших действий все события будут независимыми. Каждый раз, вероятность достать белый или черный шар будет равна 1/2. Поэтому, в этом случае вероятность события ((Awedge B)) – 1й раз достали черный шар, а 2й раз белый – равна: $$ P(Awedge B)=P(A)cdot P(B)=frac12cdotfrac12=0,25 $$
п.3. Формула полной вероятности
Чтобы вспомнить о несовместных событиях и полной группе событий – см. §39 справочника для 9 класса.
Например:
При подбрасывании монеты события A=«получить орла» и B=«получить решку» – несовместные, т.к. одновременно произойти не могут.
В то же время, эти несовместные события A и B образуют пространство элементарных событий или полную группу (Omega=left{B;Bright}), т.к. ничего другого, кроме орла или решки, получить нельзя. Сумма вероятностей (P(A)+P(B)=frac12+frac12=1), как и положено для полной группы.
Если событие A может произойти только при выполнении одного из событий (B_1,B_2,…,B_k), которые образуют полную группу событий, то вероятность события A определяется по формуле полной вероятности: $$ P(A)=P(B_1)P(A|B_1)+P(B_2)P(A|B_2)+…+P(B_k)P(A|B_k)=sum_{i=1}^k P(B_i)P(A|B_i) $$
Например:
В 11А и 11Б учится по 35 человек, а в 11В – 30 человек. Будем считать тех, у кого 4 и 5 баллов по алгебре и геометрии, «знатоками математики». Таких учеников в 11А – 10 человек, в 11Б – 7 человек, и в 11В – 3 человека.
Какова вероятность, что произвольно выбранный 11-классник окажется знатоком математики?
Пусть события A=«знаток математики», Bi=«ученик i-го класса», (i=overline{1,3})
Составим таблицу:
i | Класс | К-во учеников |
(P(B_i)) | К-во знатоков |
(P(A|B_i)) | (P(B_i)cdot P(A|B_i)) |
1 | 11A | 35 | 35/100=0,35 | 10 | 10/35=2/7 | 0,1 |
2 | 11Б | 35 | 35/100=0,35 | 7 | 7/35=1/5 | 0,07 |
3 | 11В | 30 | 30/100=0,3 | 10 | 3/30=1/10 | 0,03 |
Всего | 100 | 1 | 20 | × | 0,2 |
Получаем полную вероятность (P(A)=sum_{i=1}^3 P(B_i)cdot P(A|B_i)=0,2)
В данном случае ответ можно получить и проще: 20 знатоков на 100 человек дает (P(A)=0,2).
п.4. Формула Байеса
По данному выше определению полной вероятности событие A случается, если происходит одно из событий полной группы (left{B_iright}).
Допустим, что событие A случилось. А какова вероятность, что при этом произошло конкретное событие (B_1inleft{B_iright})? Т.е., нас интересует условная вероятность (P(B_1|A)).
По теореме об умножении вероятностей: $$ P(Awedge B_1)=P(B_1)cdot P(A|B_1)=P(A)cdot P(B_1|A) $$ Откуда: $$ P(B_1|A)=frac{P(B_1)cdot P(A|B_1)}{P(A)} $$ То же самое справедливо для любого события (B_pinleft{B_iright}). Предположение о том, что случилось событие (B_p), называют гипотезой.
Если событие A может произойти только при выполнении одного из событий полной группы (left{B_iright}) и событие A случилось, то вероятность гипотезы, что при этом случилось событие (B_pinleft{B_iright}), определяется формулой Байеса: $$ P(B_p|A)=frac{P(B_p)cdot P(A|B_p)}{P(A)}=frac{P(B_p)cdot P(A|B_p)}{sum_{i=1}^k P(B_i)P(A|B_i)} $$ Вероятность (P(B_p)) называют априорной вероятностью.
Вероятность (P(B_p|A)) называют апостериорной вероятностью. Случившееся событие A может поменять априорную (предварительную) оценку вероятности события (B_p).
Например:
Продолжим задачу с 11-классниками. Какова вероятность того, что произвольно взятый знаток математики учится в 11Б?
Наши события: A=«знаток математики», B2=«ученик 11Б класса».
Событие A «случилось» – у нас имеется знаток, а событие B2 – это гипотеза про 11Б.
И ответом на поставленный вопрос является вероятность (P(B_2|A)).
Из нашей таблицы: $$ P(B_2)cdot P(A|B_2)=0,07; P(A)=0,2 $$ Получаем: $$ P(B_2|A)=frac{P(B_2)cdot P(A|B_2)}{P(A)}=frac{0,07}{0,2}=0,35 $$ Т.е. 11Б дает 35% всех знатоков математики в этой школе.
Если сравнить апостериорную вероятность (P(B_2|A)=0,35) с априорной вероятностью (P(B_2)=0,35), они равны. Событие A не повлияло на оценку вклада 11Б в интеллектуальный багаж школы, он находится на среднем уровне.
Теперь найдем вероятность того, что произвольно взятый знаток математики учится в 11А: begin{gather*} P(B_1|A)=frac{P(B_1)cdot P(A|B_1)}{P(A)}=frac{0,1}{0,2}=0,5\ P(B_1|A)gt P(B_1) end{gather*} Вклад 11А по факту (апостериорная вероятность 0,5) оказывается большим, чем ожидалось по количеству учеников (априорная вероятность 0,35). 50% знатоков всей школы – из этого класса.
Наконец, найдем вероятность того, что произвольно взятый знаток математики учится в 11В: begin{gather*} P(B_3|A)=frac{P(B_3)cdot P(A|B_3)}{P(A)}=frac{0,03}{0,2}=0,15\ P(B_3|A)lt P(B_3) end{gather*} Вклад 11В по факту (апостериорная вероятность 0,15) оказывается меньшим, чем ожидалось по количеству учеников (априорная вероятность 0,3). Только 15% знатоков всей школы – из этого класса.
п.5. Примеры
Пример 1. Двигатель работает в трех режимах: нормальном (65% времени), форсированном (25% времени) и холостом. Вероятность поломки в каждом из режимов соответственно равна (p_1=0,1; p_2=0,8; p_3=0,05).
а) найдите вероятность поломки двигателя во время работы;
б) двигатель сломался. Какова вероятность, что он в этот момент работал в форсированном режиме?
а) Пусть событие A=«поломка двигателя», Bi – «работа в i-м режиме», (i=overline{1,3})
Необходимо найти полную вероятность (P(A)).
Составим таблицу:
i | Режим | Часть времени (P(B_i)) |
Вероятность поломки (P(A|B_i)) |
(P(B_i)cdot P(A|B_i)) |
1 | Нормальный | 0,65 | 0,1 | 0,065 |
2 | Форсированный | 0,25 | 0,8 | 0,2 |
3 | Холостой | 0,1 | 0,05 | 0,005 |
Всего | 1 | × | 0,27 |
Вероятность поломки (полная вероятность): $$ P(A)=sum_{i=1}^3 P(B_i)cdot P(A|B_i)=0,27 $$
б) Событие A=«поломка двигателя» произошло. Гипотеза B2 – «работа в форсированном режиме» при фактической поломке имеет вероятность: $$ P(B_2|A)=frac{P(B_2)cdot P(A|B_2)}{P(A)}=frac{0,2}{0,27}=frac{20}{27}approx 0,741 $$ Апостериорная вероятность (P(B_2|A)approx 0,741) больше априорной вероятности (P(B_2)=0,25).
Ответ: a) 0,27; б) (frac{20}{27}approx 0,741)
Пример 2. В состязании лучников участвуют три стрелка. Вероятность попадания в мишень для каждого из них равна 0,3; 0,5 и 0,7. Один из стрелков стреляет и не попадает. Какова вероятность, что это был:
а) первый стрелок;
б) второй стрелок;
в) третий стрелок;
Пусть событие A=«промах», Bi – «выстрел i-го стрелка», (i=overline{1,3})
Т.к. стрелять мог любой из стрелков (P(B_i)=frac13) для каждого из них.
Чтобы найти вероятность промаха, нужно от 1 отнять вероятность попадания.
Составим таблицу:
i | (P(B_i)) | Вероятность промаха (P(A|B_i)) |
(P(B_i)cdot P(A|B_i)) |
1 | (frac13) | 1-0,3=0,7 | (frac13cdot 0,7=frac{7}{30}) |
2 | (frac13) | 1-0,5=0,5 | (frac13cdot 0,5=frac{1}{6}) |
3 | (frac13) | 1-0,7=0,3 | (frac13cdot 0,3=frac{1}{10}) |
∑ | 1 | × | 0,5 |
Полная вероятность: $$ P(A)=sum_{i=1}^3 P(B_i)cdot P(A|B_i)=frac{7}{30}+frac16+frac{1}{10}=0,5 $$ Промах произошел. Находим апостериорные вероятности для каждого стрелка: begin{gather*} P(B_1|A)=frac{P(B_1)cdot P(A|B_1)}{P(A)}=frac{7/30}{0,5}=frac{7}{15}approx 0,467\ P(B_2|A)=frac{P(B_2)cdot P(A|B_2)}{P(A)}=frac{1/6}{0,5}=frac{2}{3}approx 0,333\ P(B_3|A)=frac{P(B_3)cdot P(A|B_3)}{P(A)}=frac{1/10}{0,5}=frac{1}{5}=0,2\ end{gather*} С точки зрения практической, можно сказать, что «вероятнее всего», это был первый стрелок.
Ответ: a) (frac{7}{15}); б) (frac{1}{3}); в) (frac{1}{5})
Пример 3. Три фрилансера на площадке выполняют заказы в отношении по количеству 3:4:3. Доля успешно выполненных заказов для каждого из них составляет 98%, 95% и 90%.
а) найдите вероятность успешного выполнения заказа на площадке;
б) найдите вероятность неуспеха на площадке;
в) кто из фрилансеров, вероятнее всего, виноват в неуспешной работе?
Пусть событие A=«успех», Bi – «работа i-го фрилансера», (i=overline{1,3})
Составим таблицу успешной деятельности:
i | (P(B_i)) | Вероятность успеха (P(A|B_i)) |
(P(B_i)cdot P(A|B_i)) |
1 | 0,3 | 0,98 | 0,294 |
2 | 0,4 | 0,95 | 0,38 |
3 | 0,3 | 0,9 | 0,27 |
∑ | 1 | × | 0,944 |
Вероятность успешного выполнения (полная вероятность): $$ P(A)=sum_{i=1}^3 P(B_i)cdot P(A|B_i)=0,944 $$ б) Вероятность неуспеха (противоположное событие): $$ P(overline{A})=1-P(A)=1-0,944=0,056 $$ в) Составим таблицу неуспешной деятельности:
i | (P(B_i)) | Вероятность неуспеха (P(overline{A}|B_i)) |
(P(B_i)cdot P(overline{A}|B_i)) |
1 | 0,3 | 1-0,98=0,02 | 0,006 |
2 | 0,4 | 1-0,95=0,05 | 0,02 |
3 | 0,3 | 1-0,9=0,1 | 0,03 |
∑ | 1 | × | 0,056 |
Апостериорные вероятности для каждого из фрилансеров: begin{gather*} P(B_1|overline{A})=frac{P(B_1)cdot P(overline{A}|B_1)}{P(overline{A})}=frac{0,006}{0,056}=frac{3}{28}approx 0,107\ P(B_2|overline{A})=frac{P(B_2)cdot P(overline{A}|B_2)}{P(overline{A})}=frac{0,02}{0,056}=frac{5}{14}approx 0,357\ P(B_3|overline{A})=frac{P(B_3)cdot P(overline{A}|B_3)}{P(overline{A})}=frac{0,03}{0,056}=frac{15}{28}approx 0,536 end{gather*} Наибольшая вероятность неуспеха – у третьего фрилансера.
Ответ: а) 0,944; б) 0,056; в) третий фрилансер.
Пример 4. Докажите, что если полная вероятность события A равна $$ P(A)=sum_{i=1}^k P(B_i)cdot P(A|B_i) $$ то вероятность противоположного события равна (P(overline{A})=1-P(A)).
По условию событие A происходит только при выполнении одного из событий полной группы (left{B_iright}. i=overline{i,k}). Соответственно, противоположное событие (overline{A}) также происходит при выполнении одного из событий (B_i). При этом условная вероятность для противоположного события: $$ P(overline{A}|B_i)=1-P(A|B_i) $$ Заметим также, что для полной группы сумма вероятностей равна 1: begin{gather*} sum_{i=1}^k P(B_i)=1 end{gather*} Получаем: begin{gather*} P(overline{A})=sum_{i=1}^k P(B_i)cdot P(overline{A}|B_i)=sum_{i=1}^k P(B_i)cdot (1-P(A|B_i))=\ =sum_{i=1}^k P(B_i)-sum_{i=1}^k P(B_i)cdot P(A|B_i)=1-P(A) end{gather*} Что и требовалось доказать.