8. Интегральная формула Муавра-Лапласа: теорема, свойства

Ответ на вопрос:

Теорема

 Если вероятность p наступления события А в каждом испытании постоянна и отлична от нуля и единицы, а число испытаний достаточно велико, то вероятность того, что в n независимых испытаниях число наступлений события А окажется заключенным в границах отm₁ до m₂ включительно (m₁ < m₂), находится по формуле

P_n (m₁ < m < m₂) = Ф(x₂) – Ф(x₁) (6)

где x₁ =  x₂ = 

 

а Ф(x) =  (7)

и называется функцией Лапласа, значение которой находится по таблице.

Формула (6) называется интегральной формулой Муавра-Лапласа.. 

Функция Лапласа Ф(x) обладает следующими свойствами:

1. Функция Ф(x) – нечетная, т.е. Ф(–x) = – Ф(x).

2. Функция Ф(x) – монотонно возрастающая.

3. Предел функции Ф(x) при x ® ¥ равен единице.

4. Для всех значений x > 5 можно считать приближенно Ф(x) = 1.

Практическая часть

1. Группа из 5 женщин и 20 мужчин выбирает трех делегатов. Считая, что каждый из присутствующих с одинаковой вероятностью может быть выбран, найти вероятность того, что выберут двух женщин и одного мужчину.

Решение.

Общее число равновозможных исходов испытания равно числу способов, которыми можно выбрать трех делегатов из 25 человек, т.е. Подсчитаем теперь число благоприятствующих случаев, т.е. число случаев, при которых имеет место интересующее нас событие. Мужчина-делегат может быть выбран двадцатью способами. При этом остальные два делегата должны быть женщинами, а выбрать двух женщин из пяти можно . Следовательно, . Поэтому

2. От коллектива бригады, которая состоит из 6 мужчин и 4 женщин, на профсоюзную конференцию выбирается два человека. Какова вероятность, что среди выбранных хотя бы одна женщина (событие а).

Решение.

Если произойдет событие А, то обязательно произойдет одно из следующих несовместных событий: В – «выбраны мужчина и женщина»; С – «выбраны две женщины». Поэтому можно записать: А=В+С. Найдем вероятность событий В и С. Два человека из 10 можно выбрать способами . Двух женщин из 4 можно выбрать способами . Мужчину и женщину можно выбрать 6 ×4 способами. Тогда . Так как события В и С несовместны, то, по теореме сложения,

Р(А) = Р(В + С) = Р(В) + Р(С) = 8/15 + 2/15 = 2/3.

3. Два спортсмена независимо друг от друга стреляют по одной мишени. Вероятность попадания в мишень первого спортсмена равна 0,7, а второго – 0,8. Какова вероятность того, что мишень будет поражена?

Решение.

Мишень будет поражена, если в нее попадет либо первый стрелок, либо второй, либо оба вместе, т.е. произойдет событие А+В, где событие А заключается в попадании в мишень первым спортсменом, а событие В – вторым. Тогда Р(А+В)=Р(А)+Р(В)–Р(А∙В)=0, 7+0, 8–0, 7∙0,8=0,94.

4. В урну, содержащую два шара, опущен белый шар, после чего из нее наудачу извлечен один шар. Найти вероятность того, что извлеченный шар окажется белым, если равновозможны все возможные предположения о первоначальном составе шаров (по цвету).

Решение.

Обозначим через А событие – извлечен белый шар. Возможны следующие предположения (гипотезы) о первоначальном составе шаров: B1 – белых шаров нет, В2 – один белый шар, В3 – два белых шара.

Поскольку всего имеется три гипотезы, и сумма вероятностей гипотез равна 1 (так как они образуют полную группу событий), то вероятность каждой из гипотез равна 1/3, т.е.P(B1) = P(B2) = P(B3) = 1/3. Условная вероятность того, что будет извлечен белый шар, при условии, что первоначально в урне не было белых шаров, Р(А/B1)=1/3. Условная вероятность того, что будет извлечен белый шар, при условии, что первоначально в урне был один белый шар, Р(А/B2)=2/3. Условная вероятность того, что будет извлечен белый шар, при условии, что первоначально в урне было два белых шара Р(А/B3)=3/ 3=1. Искомую вероятность того, что будет извлечен белый шар, находим по формуле полной вероятности: Р(А)=Р(B1)∙Р(А/B1)+Р(B2)∙Р(А/B2)+Р(B3)∙Р(А/B3)=1/3·1/3+1/3·2/3+1/3·1=2/3.

5. Два автомата производят одинаковые детали, которые поступают на общий конвейер. Производительность первого автомата вдвое больше производительности второго. Первый автомат производит в среднем 60% деталей отличного качества, а второй – 84%. Наудачу взятая с конвейера деталь оказалась отличного качества. Найти вероятность того, что эта деталь произведена первым автоматом.

Решение.

Обозначим через А событие – деталь отличного качества. Можно сделать два предположения: B1 – деталь произведена первым автоматом, причем (поскольку первый автомат производит вдвое больше деталей, чем второй) Р(А/B1) = 2/3; B2 – деталь произведена вторым автоматом, причем P(B2) = 1/3.

Условная вероятность того, что деталь будет отличного качества, если она произведена первым автоматом, Р(А/B1)=0,6.

Условная вероятность того, что деталь будет отличного качества, если она произведена вторым автоматом, Р(А/B1)=0,84.

Вероятность того, что наудачу взятая деталь окажется отличного качества, по формуле полной вероятности равна

Р(А)=Р(B1) ∙Р(А/B1)+Р(B2) ∙Р(А/B2)=2/3·0,6+1/3·0,84 = 0,68.

Искомая вероятность того, что взятая отличная деталь произведена первым автоматом, по формуле Бейеса равна:

6. Имеются три партии деталей по 20 деталей в каждой. Число стандартных деталей в первой, второй и третьей партиях соответственно равны 20, 15, 10. Из выбранной партии наудачу извлечена деталь, оказавшаяся стандартной. Детали возвращают в партию и вторично из этой же партии наудачу извлекают деталь, которая также оказывается стандартной. Найти вероятность того, что детали были извлечены из третьей партии.

Решение.

Обозначим через А событие – в каждом из двух испытаний (с возвращением) была извлечена стандартная деталь. Можно сделать три предположения (гипотезы): B1 – детали извлекаются из первой партии, В2 – детали извлекаются из второй партии, В3 – детали извлекаются из третьей партии.

Детали извлекались наудачу из взятой партии, поэтому вероятности гипотез одинаковы:  P(B1) = P(B2) = P(B3) = 1/3.

Найдем условную вероятность Р(А/B1), т.е. вероятность того, что из первой партии будут последовательно извлечены две стандартные детали. Это событие достоверно, т.к. в первой партии все детали стандартны, поэтому Р(А/B1) = 1.

Найдем условную вероятность Р(А/B2), т.е. вероятность того, что из второй партии будут последовательно извлечены (с возвращением) две стандартные детали: Р(А/B2)= 15/20 ∙ 15/20 = 9/16.

Найдем условную вероятность Р(А/B3), т.е. вероятность того, что из третьей партии будут последовательно извлечены (с возвращением) две стандартные детали: Р(А/B3) = 10/20 · 10/20 = 1/4.

Искомая вероятность того, что обе извлеченные стандартные детали взяты из третьей партии, по формуле Бейеса равна:

7. Вероятность того, что расход электроэнергии в продолжение одних суток не превысит установленной нормы, равна р=0,75. Найти вероятность того, что в ближайшие 6 суток расход электроэнергии в течение 4 суток не превысит нормы.

Решение. Вероятность нормального расхода электроэнергии в продолжение каждых из 6 суток постоянна и равна р=0,75. Следовательно, вероятность перерасхода электроэнергии в каждые сутки также постоянна и равна q=1–р=1–0,75=0,25.

Искомая вероятность по формуле Бернулли равна: