【趣味数学】骰子模型揭开概率统计之谜

玛丽莲梦兔
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2021年02月19日 08:30
最佳经验
本文由作者推荐

-

2021年2月19日发(作者:盂兰盆法会)


骰子模型




揭开概率统计之谜



——抽象形象与数形思想





骰子坦然




设局不公



一赌场庄主正在大声吆喝:恭喜发财,骰子可爱,输


1


元钱,赢


100


块!这种吆喝还真


有效果,围上 赌席的赌客还真的不少


.


一位中学数学教师对这种赌局也产生 了“兴趣”


,钻上前去想看个究竟


.


原 来,赌具是三


粒骰子:











赌局设 计如下:如果同时出现


3



6


点(即下图)













则赌客可以赢得庄家的


100


元!如果不同 时出现


3



6


点(下图为其一种)













则赌客输给庄家的只是


1


元钱!

< p>


难怪有这么多人参赌的,原来输赢之比竟为


1< /p>



100




这位数学教师稍微一想,差点笑了出来


!

此时也正好与一个赌客回头相见:


“你站在这


儿干啥,还不 快点押,输一赢百,天下哪有这种便宜事!




说也奇怪,赌场上还真的有赢


100


元的人,当然他不 一定是押的


3



6

,也可能押的是


3



5

< p>
,或


3



4


的,总之都是输一赢百


.


数学教师摇了摇头,小声 对那位赌客说:


“假如我手中现在有


216

元钱,按这种赌局,


在未投下骰子之前,我事先就输子


11 6


元!




那位赌客听不懂这位教师的话,回头又赌去了


.


这数学教师对满场的赌客感到遗憾,但又无法说服他们


.

回家之后,赶紧挥笔,写下这


篇奇文——抛掷骰子,揭开概率统计之谜!

< p>





一掷骰子




敲开概率之门



投掷一枚骰子后,不论 哪一面朝上,都是一个



事件


”.



不同的人去投掷这枚骰子,或同一个人多次投掷这枚骰子,结果会 不尽相同


.


所以每次


投掷,都是



随机事件


”.


< /p>


投掷一枚骰子的结果,不看也知道:出现的点数必定是


1



2



3



4



5

< br>,


6


之一,所以


出现

< p>
1-6


点是



必然事件< /p>


”.



不论什么人投掷这枚骰子,决不会 出现


1



6


以 外的点


.


所以出现这些点都是



不可能事



”.


< /p>


投掷一枚骰子,



6

种不同的结果,


每种结果出现的可能性相同,


所以又称这样 的事件




等可能事件


”.



投掷一枚骰子,


既然是 等可能事件,


所以出现


1


< p>
6


的任何一点,


可能性都是


出现


1



6


的任何一点,概率都是


1


.


或者说,< /p>


6


1


.


6


1


1


,而且这


6< /p>



之和是


1


,所


6


6


投掷一枚骰子,既然出现


1



6


的任何一点,概 率都是


以必然事件发生的概率是


1


;出 现


1



6


以外 的任何一点都不可能,所以不可能事件发生的


概率是


0


;而随机事件是既可能发生,也可能不发生,所以随机事件发生的概率总界于

0



1


之间


.


概率学就是研究事物发生的可能性的


.

< br>我们在今后的社会实践中一定会碰到大量的






,通过



骰子模型



学好了概率论,掌握其基本规律,就 能最大限度地避免有害事件,促


成有益事件,有应对各种不同事件的强大能力

< p>
.






再掷骰子




认知概率初步


【例


1



将骰子先后抛掷


2


次,计算:




1


)一共有多少种不同的结果?




2


)其中向上的点数之和是

< br>5


的结果有多少种?




3


)向上的数之和是


5


的概率是多少?




解析



< /p>



1


)一枚骰子抛掷一次,骰子向上的点 数可以是


1



2



3



4



5



6.


共< /p>


6



不同的结果


.


先后抛掷两次,属于重复排列,故有


6



36


种不同的结果


.

< p>


2


)用数对



x


,


y



表示先后两次抛掷骰子出现的点数,那么向上的点数之和是


5


的情


况有(


1



4




< br>2



3





3



2





4



1


)共


4



.



3


)由(


1


)知将骰子先后抛掷

< br>2


次的基本事件总数为


n



36


,由(


2


)知 事件


A


:其


中向上的点数之和是


5


的事件


A


的种数< /p>


m



4


.


故向上的点数之和是


5


的概率是:


P



A




2


m


1

< br>


.


n


9


说明




本例提供了求等可能事件概率的基本方法:


< br>如果一次试验中可能出现的结果有


card


< p>
I



=


n


个,其中某个特殊事件


A


出现的结果

< br>有


card



A



=


m


个,则事件

< p>
A


发生的概率



P



A



=

< p>
m


n



1



.


公式(


1


)就是古典概率的基本公式


.



链接:


一个骰子连续投


2

< p>
次,点数和为


4


的概率是
















答案




1




12





三掷骰子




找到加法公式



【例


2



< /p>


抛掷骰子一次,



1

)出现


2


点或


3

< br>点的概率是多少?(


2


)不出现


2


点或


3



的 概率是多少?




解析


1




1



设抛掷骰子一次,


出现


2


点或


3


点的事件为


A



因为基本事件总数


n


=6



而事件


A


的种数


m


=2.


由公式(


1




p



A


< p>


2


1





6


3


2



设抛掷骰子一次,不出现< /p>


2


点或


3


点的事 件为


B




B



1



4



5



6


共四种可能


.


即这时


n


=6



m


=4 .


由公式(


1



p



B




4


2


< /p>


.


6


3




解析


2





1


)设抛掷骰子 一次,出现


2


点的事件为


A

< p>
,出现


3


点的事件为


B< /p>


,那么:


1


1


1


1


p



A




p



B




,


故出现


2


点或


3

< p>
点的概率


p



A



B




p



A


< br>


p



B






.


6


6


6


3



2


)设抛掷骰子一次,不出现

< p>
2


点或


3


点的事件为


C


,则


1


2


p



C


< p>


1



p



A



B



1




.



3


3< /p>


在本例中,抛掷骰子一次,出现


2


点与出 现


3


点不能同时发生


.


这种不可能同时发生的


两个事件叫做互斥事件


.


互斥事件适合概率的加法,即


若事件


A



B


互斥,那么


< /p>


P



A


+


B



=


P

< p>


A



+


P



B











2



. < /p>


若事件


A



B< /p>



C


,…


X


互斥,那么



P



A


+


B


+


C


+



+


X



=


P



A



+

< br>P



B



+


P



C



+



+


P



X













2′



.



抛掷骰子一次,出现


2


3


点与不出现


2



3


点也不能同时发生


.


所以这两个事件也是


互斥事件


.

< p>
但抛掷骰子一次,出现


2



3


点与不出现


2


< br>3


点又必定有一个发生


.


这种< /p>


其中必


定有一个发生的事件称为对立事件


.


故若记事件


A


的对立事件为


A


,那么



P



A



< p>
P


A



1





3


.


互斥事件与对立事件的关系:两事件互斥时不一定对 立,但两事件对立则一定互斥


.



就是 说:


两事件互斥是它们对立的必要不充分条件


.


反过来,两事件对立则是它们互斥的充


分不必要条件


.



链接:



2 0


名男同学,


10


名女同学中任选


3


名参加体能测试,则选到的


3

< p>
名同学中既


有男同学又有女同学的概率为(








A



9


10


19


20< /p>












B















C
















D




29< /p>


29


29


29



分析




本题 不属于



骰子模型


< br>,


但很容易将其改造成为



骰子 模型




投掷


30


枚骰子,


其中有


20


枚出现奇数点,


10


枚出现偶数点

< br>.


从中任取


3


枚既有奇数点又有 偶数点的概率是


多少?



< p>
解析


1




(利用互斥事件)不受限制的选法有


C


30



3


1



30



29



28



4060


种,选


6


1


2


出的


3


名同学中既有男生又有女生有两种情况,


1



2


女的选法有


C


20



C


10



20



45



900


2


1


种,


2



1


女的选法有


C


20

< br>


C


10


190



10


< br>1900



.


这两种情况互斥,


故选出的


3


名同学中

< br>既有男生又有女生的选法共有


1900+900=2800


种,其概率为


P





解析


2


< br>


(利用对立事件)不受限制的选法有


C


30



3


2800

< p>
20


.



D.



4060


29


1



30



29



28



4060


种,选


6


3


出 的


3


名同学中全为男生的选法有


C


3



20



19



18



1140


种,全为女生的选法有


C

< p>
10



20


< p>
1


6


1260


9


1


.





10



9



8



120



.


故不合条件的选法有


11 40+120=1260


种,其概率为


P



4060


29


6

< br>20


于是选出的


3


名同学中既有 男生又有女生的选法,其概率为


P



1



P



,选< /p>


D.


29





四用骰子



弄明乘法规律



【例


3



< /p>


回到文首的问题上来,某一家赌场开出的参赌条件是:


每人每次出 资


1


元掷


骰子


3


枚,如出现


3


6


点则奖


100


元,否则付出的< /p>


1


元归赌主所有


.


你认为这条规则公平吗?试简述理由


.



解析



< /p>


不妨将投出的


3


枚骰子编号为

< p>
1



2



3.


显然第


1


枚骰子出现< /p>


6


点的概率是


出现


6


点的概率也是


1


;在第

< p>
1


枚骰子出现


6


点的条件 下,第


2


枚骰子


6

1


;在


1



2


号骰子都出现


6


点的条件下,第< /p>


3


枚骰子再出现


6


点的概


6


1


1


1


1


1


率还是


.


根据分步计数原理,


3


枚骰子同时 出现


6


点的概率是


< br>



.


6

6


6


6


216

这就是说,这家赌场所设置的参赌规则


1



100


是不公平的,只有将规则定为


1



216


才算公平


.


事实上,一切赌场都是赢利机构,它们所制定的参赌规则都不可能公平


.


在本例中掷骰子


3


枚,

< p>
每枚是否出现


6


点互相没有影响,这种事件就是相 互独立事件


.



一般地:相互独立事件


A



B


同时发 生的概率是



P


A


·


B



=


P



A


)< /p>


·


P



B



.













4




如果事件


A



B< /p>


,…


X


都互相独立,那么它们同时发生的 概率是



P



A


·


B


·


…< /p>


·


X



=


P



A


< p>
·


P



B



·



·

P



X



.













4′





链接:


某人射击一次击中的概率是< /p>


0.6


,经过


3


次射击,此人至少有两次击中目标的概


率为(










81< /p>


54


36


27














B.













C.













D.



125


125


125


125



解析




设此人在

< p>
3


次射击中,至少有两次击中目标的事件为


A


,则


A


有两种情况


.


A



27



3



一是


3


次全击中,其概率为







< br>5



125


另一是


3


次射击恰有两次击中,这又有


C

< br>3


种情况,每种情况都是


2


中< /p>


1


不中,故其概


2


3



3



率 为:


C






5



2


3


2



3



54


.




1






5


< br>125


27


54


81

< p>
,选


A.




125


125


125


2




27


这两 种情况互斥,根据公式


2


,所求概率为


p



A



< /p>



说明




1.


本题虽然不是骰子模型,却很容易改造成为骰子模型:


掷骰子


3


枚,其中


至少 出现


2



6


点 的概率是多少?


读者不妨解之


.


(参考 答案:


2.


本例的题型属于



独立重复试验


”.


一般地,

如果在


1


次试验中某事件发生的概率是

P



那么在


n

次独立重复试验中该事件恰好发生


k


次的概率



k


k


P

< br>n



k




C


n


P



1



P



n



k



5



.





五看骰子



见到概率



期望




抛掷一枚骰子,设得到的点数为


ξ


,则


ξ


可能取的值有


1



2


3



4



5



6



6< /p>


种不同


的结果,每种结果出现的概率都是


ξ




P




1








2






1


,写成分布列就是:



6






4










5










6










3






1



6


1



6


1



6


1



6


1



6


1



6


这样,抛掷一枚骰子,得到点数的期望是:



E




ξ





P


1< /p>



1



2



3



4

< p>


5



6




3.5



6


x


1



p


1



x


2



p


2







一般地说,如果离散型随机变量


ξ


的分布列 是:




x


n



p


n








ξ


的数学期望是:



E




x


1


p


1



x


2


p


2



L



x


n


p


n


< br>L


需要说明的是:




6



. < /p>


1



ξ


是随机试 验过程中的自变量,



P


则是


ξ


的函数


.


在本质上它 与函数


y



f



x



中的


变 量


x



y


的关 系是一样的


.


不同的是,一般地说,


x


表示连续型的变量,它是不可数的;而


ξ


则是离散型的随机变量,它是可数的,只能在正整数范围内取值;


< br>2


.写出离散型随机变量的分布列,实质上是写出某种试验过程中所有不同的试验 结果


及其发生的概率;



3

< p>
.任一离散型随机变量的分布列都具有如下的两个性质:




1



P

i



0,


i



1,


2,


L













2



P


1



P


2



L



1


.


这两个性质是检测分布列是否写得正确的主要标准


.


4


.所谓


ξ


的数学期望 就是


ξ


各种取值的平均数


.

< p>
如果


ξ


的不同值出现的概率都相等,它

< p>
就是简单平均数;如果


ξ


的不同值出现的概率不全 相等,它就是加权平均数


.


例如:同时投掷

< br>10


枚骰子,出现


3



1


点,


4


< p>
2


点,


2



5


点和


1



6


点,那么这次


投掷中平均点数是多少?



显然,用


1


< p>
1



2



5



6



3.5


计算是不妥的,正确的算法是:

< br>


4


1



1



3



2



4



5



2



6



1




2.7


10


1


.


这里所掷相同点的次数


3


4



2



1


便称为权


.


如果利用期望公式


6


,那么应该先写出点数


ξ


的分布列


.



p

< p>




1




ξ



P



3


4< /p>


2


1


,


p





2

< p>



,


p





5



,


p





6


< /p>



,故有:



1 0


10


10


10


1


2


5


6


3



10


4



10


2



10


2



1



10


ξ< /p>


的期望


E



< /p>


1



3


4


2


1



2

< p>



5




6



2.7


10


10


10


10


比较


1


,


2


两种算法,可见它们的实质是一样的


.

< p>
而且在多种情况下,第


1


种算法更


为简便


.


因此我们说,求期望就是求平均数

< p>
.




【例


4



< /p>


掷骰子


3


枚,如果出现

< br>6


点就能获奖,写出离散型随机变量


ξ

< br>的分布列和获


奖的数学期望


.



解析



< /p>


掷骰子


3


枚,随机变量

< br>ξ


=0



1


2


,或


3.

< br>


5



125

< br>ξ


=0


表示


3

< br>枚骰子中没有一个出现


6


点,∴


P



ξ


=0



=








6



216


1



5



75


ξ

< p>
=1


表示


3


枚骰子中恰有 一个出现


6


点,∴


P

< br>(


ξ


=1


=


C


1







3




6



6



216



1



5


15

< p>
ξ


=2


表示


3

< p>
枚骰子中恰有


2


个出现


6


点,∴


P



ξ


=2



=


C< /p>









< p>
6



6


216

< p>
2


3


2


2


3


1



1


ξ


=3


表示

3


枚骰子都出现


6


点,

< p>
,∴


P



ξ


=3



=





.


6

< br>216




于是


ξ


的分布列是:




ξ




P


ξ


的数学期望是:



0


1


2


3


3


125



216


75



216


15



216


1



2 16


1


125


75

15


1


E





+1×


+2×


+3×


=


.


216


216


216


216


2

-


-


-


-


-


-


-


-