Теория вероятностей на уроках математики

54



СОДЕРЖАНИЕ



	Введение	2

	Глава I. Научные основы теории вероятностей	5

	§1. История развития теории вероятностей	5

	§2. Виды событий	6

	§3. Вероятностное пространство	7

	§4. Операции над случайными событиями	10

	§5. Понятие вероятности события	15

	§6. Теоремы о вероятности суммы событий	22

	§7. Теорема умножения вероятностей	25

	§8. Формула полной вероятности. Теорема гипотез	29

	§9. Формула Бернулли	31

	Глава II. Методические особенности изучения основ

	Теории вероятностей в классах с углубленным изучением математике	35

	§1. Основные цели изучения теории вероятностей в классах с углубленным изучением математики	35

	§2. Анализ содержания темы "Элементы теории вероятностей" в школьных учебниках	37

	§3. Методические особенности изучения основ теории вероятностей в классах с углубленным изучением математике	41

	§4. Описание опытной работы	58

	Заключение	62

	Список использованной литературы	63




Введение



Предмет теории вероятностей отличается большим своеобразием. Необычный характер теоретико-вероятностных понятий является причиной того, что долгое время подход к этим понятиям основывался только на интуитивных соображениях. Это и подрывало веру в правильность выводов теории вероятностей: многие ее положения носили расплывчатый характер и вызывали сомнения. 

Теория вероятностей один из разделов, введенный в школьный курс, представляющий несомненную ценность для общего образования. Полезность получаемых знаний состоит как в том значении, которое имеют эти знания для понимания и познания закономерностей окружающего нас мира, так и возможности их непосредственного применения при изучении других наук и в повседневной жизненной практике. 

Теория вероятностей – это такой раздел математики, который позволяет обучать учащихся логике на практике. В процессе освоения теоретических фактов решается задача развития у учащихся навыков проведения логических рассуждений, способностей абстрагировать т.е. выделять в конкретной ситуации сущность вопроса, отвлекаясь от несущественных деталей. Изучая теорию вероятностей, учащиеся овладевают умениями анализировать рассматриваемый вопрос, обобщать, находить пути решения поставленной задачи. Все это формирует мышление учащихся и способствует развитию их речи, особенно таких качеств выражения мысли, как порядок, ясность, обоснованность. 

Изучение теории вероятностей требует от каждого ученика больших усилий и немалого времени. Полученные при этом навыки учебного труда позволяет выпускникам школы в их дальнейшем жизненном пути эффективно овладевать навыками выполнения других видов труда и с должным пониманием относится к тому, что хорошее выполнение любой работы требует значительных усилий и ответственности. 

Изучение теории вероятностей способствует развитию у учащихся наблюдательности, внимания и сосредоточенности, инициативы и настойчивости. Все это имеет большое значение для формирования их характера. 

Несмотря на то, что теория вероятностей является важным разделом школьной математики, учебной и математической литературы очень мало. Учебная литература резко разделяется на две категории: книги доступные лишь читателю с солидной математической подготовкой и книги, изучающие предмет на интуитивном уровне. 

Анализ содержания учебно-методической литературы (журналов "Квант", "Математика в школе", газеты "Математика" приложения к газете "1сентября") показывает, что вопросами преподавания теории вероятностей уделяется в школе крайне недостаточно внимания. 

Все выше сказанное приводит к проблеме разработки методики обучения теоретико-вероятностным вопросам в школе. 

Выделенная проблема обусловила основную цель дипломной работы: разработать методические рекомендации по изучению элементов теории вероятностей в классах с углубленным изучением математики. 

В качестве частных задач для достижения поставленной цели были приняты: 

Разработать научные основы теории вероятностей; 

Проанализировать математическую составляющую темы "Элементы теории вероятностей" в различных действующих учебных пособиях по математике для классов с углубленным изучением математики; 

Выделить основные цели и задачи изучения теории вероятностей в курсе школьной математики; 

Провести частичную апробацию разработанные дидактических материалов по изучению теоретико-вероятностных вопросов. 

Основными методами решения задач являются: 

Изучение и анализ научной учебно-методической литературы, программ по математике для общеобразовательных учреждений; 

Наблюдение за деятельностью учащихся, ее анализ; 

Беседы с учащимися и педагогом; 

Проведение опытной работы




Глава I. Научные основы теории вероятностей



§1. История развития теории вероятностей 



Теорию вероятностей можно описательно определить как математическую теорию случайных явлений. 

В повседневной жизни мы часто пользуемся словами "вероятность", "шанс" и т.д. "К вечеру, вероятно, пойдет дождь", "вероятнее всего, мы на всю неделю поедем в деревню", "это совершенно невероятно!", "есть шанс, что успешно сдам экзамен" и т.д. - все эти выражения как-то оценивают вероятность того, что произойдет некоторое случайное событие. 

Вероятность математическая – числовая характеристика степени возможности появления какого-либо определенного события в тех или иных определенных, могущих повторятся неограниченное число раз условиях. 

Во второй половине XIX века вероятность вошла в физику в процессе разработки молекулярно-кинетической теории. 

Понятие вероятности разрабатывается наукой уже в течении столетий, а многие ученые-исследователи указывают на его незавершенность и неясность. "Все говорят о вероятности, но никто не может сказать что это такое" [Биркгар, 1952] 

С вероятностными представлениями мы встречаемся еще в античности. У Демокрита, Лукреция Кара и других античных ученых и мыслителей мы находим глубокие предвидения о строении материи с беспорядочным движением частиц (молекул), встречаем рассуждения о равновозможных исходах (равновероятностных) и т.п. еще в древности делались попытки сбора и анализа некоторых статистических материалов – все это создавало почву для выработки новых научных понятий, в том числе и понятия вероятности. Но античная наука не дошла до выделения этого понятия. 

В средневековье мы наблюдаем разрозненные попытки осмыслить встречающиеся вероятностные рассуждения. 

В работах Л. Пачоли, Н. Тарталья и в первую очередь Д. Кардано уже делались попытки выделить новые понятия – отношения шансов – при решении ряда специфических задач, прежде всего комбинаторных. 

К середине XVII в. вероятностные вопросы и проблемы привлекли внимание ученых Б. Паскаля, П. Ферма, Х. Гюйгенса. В этот период были выработаны первые понятия, такие как математическое ожидание и вероятность (в форме отношения шансов), установлены первые свойства вероятности: теоремы сложения и умножения вероятностей. В это время теория вероятностей находит свои первые применения в демографии, страховом деле, в оценке ошибок наблюдения. 

Развитие теории вероятностей в начале XX века привело к необходимости пересмотра и уточнения ее логических основ. Возникла необходимость аксиоматизации теории вероятностей и ее основного понятия - вероятности. 

Первые работы того периода связанны с именами С.Н. Берштейна, Мизеса, Э. Бореля. окончательное становление аксиоматики произошло в 30-е годы XX века. Это произошло благодаря А.Н. Космогорову. В этот период понятие вероятности проникает почти во все сферы человеческой деятельности, становясь одним из основных понятий современной науки. 



§2. Виды событий



События в материальном мире можно разбить на три категории –достоверные, невозможные и случайные. Например, если подбросить игральную кость, то достоверно, что число выпавших очков будет натуральным числом, невозможно, чтобы это число равнялось 7, и возможно, что оно будет равно 5, а при других будут выпадать другие значения очков: 1,2,3,4 или 6. 

Определение 1. случайными событиями называется такой исход наблюдения или эксперимента, который при реализации данного комплекса условий может произойти, а может и не произойти. 

Примеры: 

1. выпадение герба при бросании одной монеты. 

2. выпадение четырех очков при бросании игральной кости – случайные события. 

Определение 2. Случайное событие, которое обязательно наступит, называется достоверным событием и обозначается буквой щ. 

Примеры: 

3. выпадение герба или цифры при подбрасывании одной монеты; 

4. выигрыш, проигрыш или ничья в матче двух футбольных команд – достоверные события. 

Определение 3. Событие определяется невозможным, если оно не содержит никакого множества исходов и обозначается буквой __. 

При любом исходе испытания это событие не происходит. Иными словами, невозможное событие состоит из пустого множества исходов. 

Примеры: 

5. выпадение более 6 очков при подбрасывании игрального кубика; 

6. выпадение цифры и герба одновременно при подбрасывании одной монеты – невозможные события. 



§3. Вероятностное пространство



Представим, что некоторый прямоугольник Е мы разрезали (рис 1) на n прямоугольных пронумерованных карточек еi (i=1,2,3,... .,n). допустим, после хорошей перестановки одну карточку наугад вытаскиваем из всей стопки. При такой операции: 

одно из событий "вытащена одна карточка" непременно произойдет; 

при одном испытании вытаскивание любой из карточек появляется в одном и только одном исход; например, если была вытащена карточка 17, т.е. произошло событие е17, то в это же время не могло произойти событие е5, состоящее в вытаскивании карточки с номером 5











e5





ei









 







e17



E1

E2

E3

E4

E5

E6



Рис 1. Рис. 2.



События ei, состоящие в появлении карточки с номером i (i=1,2,3,…. n), могут послужить примером элементарных событий, а прямоугольник е – примером пространства элементарных событий, связанных с реализацией испытания S – выталкиванием одной карточки после разреза прямоугольника на Е на маленькие прямоугольники и вытаскивания случайной карточки после тщательной перестановки. 

Определение 1. Пространство элементарных событий (полная группа событий) множество событий таких, что в результате испытания обязательно должно произойти хотя бы одно из них и любые два из них несовместны. 

Пространство элементарных событий Е, определенное бросанием игральной кости, представляет события, где еi выпало n очков (n=1,2,3,4,5,6) 

Рассмотрим события (рис 2): 

А-"выпало четное число очков"

В-"выпало не меньше 2 очков"

С-"выпало не больше 2 очков"

А произошло, если произошло одно из элементарных событий е2, е4, е6. Выразим это символом е2еА, е4еА, е6еА. 

Тогда: е2

е3 е1

е4 = еВ, =еС

е5 е2

е6

Поскольку е2, е4, е6 есть некоторые из элементов

Пространства Е={е1, е2, е3, е4, е5, е6}, эту тройку удобно назвать подпространством (частью) пространства Е значит, событие А можно рассматривать как пространство ему благоприятствующих элементарных событий {е2; е3; е4; е5; е6}, событие С - как подпространство ему благоприятствующих элементарных событий {е1, е2}. Если ei не благоприятствует событию с-то пишут ei=A. 

Реализация испытаний S однозначно определяет пространство элементарных событий Е. Любое случайное событие Н связанное с испытанием S, можно рассматривать как подпространство благоприятствующих этому событию элементарных событий пространства Е. Изобразить его можно некоторой фигурой, построенной из клеточек символи-

зирующих элементарные события, благоприятствующие событию Н. 

Е1

Е2

Е3

Е4

Е5

Е6

Например, событие Н1-"выпало меньше трех очков"-может быть изображено одной заштрихованной фигурой (рис3), а событие Н6-"выпало больше 2 или меньше 5 очков" - двумя фигурами (рис 4). 

Е1

Е2

Е3

Е4

Е5

Е6










§4. Операции над случайными событиями



п.1. Отношения между событиями. 

Сравним следующие события: А - появление двух очков при бросании игральной кости., В-появление четного числа очков при бросании игральной кости.

Замечаем следующие соотношения между событиями, если произошло А, то тем самым произошло и В. 

Событие А является частью события В состоит в осуществлении трех элементарных событий: "появление 2 очков", "появление 4 очков", "появление 6 очков", а событие А - одним из них – "появление двух очков". 

Определение 1. Говорят, что событие А влечет за собой событие В (говорят так же, что В содержит, является следствием, включает А, А является частью В) и обозначают это символом АсВ (или ВэА), если все исходы, составляющие А, входят и в В. 

Возможность представить события как подпространства пространства Е помогает геометрически проиллюстрировать соотношения А и В (рис 5). 

Сопоставим следующие события: А-"появление герба при подбрасывании монеты", В - "не появление цифры при подбрасывании монеты". 



Е1

Е2

Е3

Е4

Е5

Е6







Рис 5.



Если же монета не может укатиться и застрять в щели пола или встать на ребро, то можно ввести определение. 

Определение 2. Если произошло событие А, то и произошло событие В, и в то же время, если произошло событие В, то произошло событие А. Символическая запись: АсВ и ВсА. Тогда запишем А=В, и будем говорить, что события А и В равносильны. 



П.2. Объединение событий

Пусть событию А благоприятствуют элементарные события (клетки) е1, е2, е3, е4, е5, е6, а событию В элементарные события е8, е9, е10, е11, е12 (рис 6) 



А 



Е1







Е2

Е3

Е4







Е5

Е6









Е7



е10







Е8

е11







Е9

Е12

Е рис 6. С=АUB

А1



Е3









Е1

Е2

Е4











Е5

Е6

Е7









В1

Е8





























Е рис.7

С1=А1UВ1



















Пусть событию С благоприятствуют все элементарные события, которые представляют заштрихованные клетки. 

Событие С назовем объединением А и В. Оно обозначает, что произошло или А, или В. 

Пусть теперь событию А1 благоприятствует элементарные события (клетки) е1, е2, е3, е4, е5, а событию В1 – элементарные события, которые представляют заштрихованные клетки. (рис 7). 

И на этот раз будем считать события С1 объединением событий А1 и В1. но поскольку е5 и е4благоприятсвуют и А1 и В1, то на этот раз означает, что произошло или А1, или В1, или то и другое вместе. 

Обобщим и то и другое вместе. 

Определение 3. Объединение событий А и В называется событие С, состоящее в наступлении по крайней мере одного из событий А и В. 

Такое соотношение принято обозначать символом U: С=АUВ. 

В общем случае: 

Определение 4. Объединение событий А1, А2, А3,…. Аn (или А1, или А2,…. ., или Аn, или несколько из них, или всех). 

Символически А=А1UА2UА3U... . UАn. 

Для случайных событий имеют место закономерности: 

АUВ=ВUА

(АUВ) UС=АU(ВUС) 

Для операций над событиями часто используют скобки, что бы показать, в какой последовательности следует производить действия. 

Например, во второй закономерности (АUВ) UС означает, что сначала нужно найти сумму (объединение) событий А и В, а затем сумму получившегося события и С. 



П.3. Пересечение событий

Пусть событию А благоприятствуют элементарные события (клетки) е1, е2, е3, е4, е5, а событию В – элементарные события (клетки) е3, е4, е5, е6, и е7 (рис 8.) 

Пусть событию С благоприятствуют элементарные события, которые представлены заштрихованными клеточками (рис. 8). 

Логично событие С назвать пересечением событий А и В. Оно означает, что произошло и А и В. 

В таком случае применяется символ С=А∩В. 

В общем случае пересечение событий определяется так: 

Определение 5. пересечение событий А1,A2, А3,…, Аn называется событие А, состоящее в одновременном использовании всех (и А1 и А2,…. и Аn) событий. 

Символически: А=А1∩А2∩... ... ∩Аn. 





А









Е1

Е2

Е3С











Е4

Е5











Е6

Е7









В



















Рис.8.



Примеры: 

1. А-"входящий в подъезд человек-мужчина"

В-"входящий в подъезд человек светловолосый"

С-"входящий в подъезд человек светловолосый мужчина"

Событие С происходит при одновременном исполнении событий А и В, поэтому С=А∩В. 

2. произвольно выбираем два двузначных числа. Определяем события: 

А – "выбранные числа кратны 2"

В – "выбранные числа кратны 3"

С – "выбранные числа кратны 6

Событие С происходит, если одновременно происходят события А и В. Если одно из событий А или В не произойдет, то не произойдет С. 

Пусть событию А благоприятствуют элементарные события (клетки) е1, е2, е3, е4, а событию В – е5, е6, е7 (рис 9) 















Е1

Е2









Е3

Е4



Е5

Е6



А







Е7











В















А∩В=_ 







Рис.9.



Ясно, что совместное осуществление АиВ невозможно: элементарных событий, благоприятствующих и тому, и другому событию, нет. 

Определение 6. два события АиВ, пересечение которых – невозможное событие (А∩В=_), называются несовместимыми событиями. 

Определение 7. два события АиВ называются совместимыми, когда существует по крайней мере одно элементарное событие, благоприятствующее событию А, и событию В. 

Рассмотрим следующие пары событий: 

А1-"выпадение герба при подбрасывании монеты"

А2 - "невыпадение герба при подбрасывании монеты"

В1-"выздоровление больного"

В2-"невыздоровление больного"

С1-"появление новой кометы в текущем году"

С2-"непоявление новой кометы в текущем году"

Естественно события в каждой из пар считать противоположными. 

Установим два свойства, которым удовлетворяет любая пара событий: 

1. объединение событий каждой из пары – достоверное событие: 

А1∩А2=_

В1∩В2=_

С1∩С2=_

Определение 8. если определение событий А и В или В=А, если АиВ противоположные события. 

На языке пространства элементарных событий противоположное событие А представляется дополнением события А в отношении всего пространства элементарных событий Е (рис 10). 















 

А































А







































Рис.10.



§5. Понятие вероятности события



П.1. Классическое понятие вероятности события. 

Бросаем игральную кость. Выпасть может или одно, или два, или три, или четыре, или пять, или шесть очков. Каждое из этих событий элементарное, и вместе они образуют пространство элементарных событий. Но будут ли эти события равновозможными? Какие обстоятельства могут это обеспечить? Это довольно сложный вопрос. Конечно можно предположить, что эти события равновозможные, когда кость является правильным кубом с центром тяжести в своем геометрическом центре, когда она сделана из идеального однородного материала, когда она подбрасывается наугад одинаковым способом. Этих "тогда" так много, что трудно всех их учесть. 

Равновозможными элементарными событиями будем считать такие события, любое из которых по отношению к другим событиям не обладает никаким преимуществом, появляется чаще другого при многократных испытаниях, производимых в одинаковых условиях. 

В таблице 1 рассматриваем случайные события, представляющие подпространства пространства равновозможных элементарных событий (несколько событий называются равновозможными, если нет основания считать, что одно из этих событий является объективно более возможным, чем другое) определяемых испытанием с игральной костью



Таблица 1. 

Обозначение

события

Содержание события

Кол-во элементарных событий благоприятсвующих данному событию

А

Выпало четное число очков

3

В

Выпало меньше трех очков

2

С

Выпало менее пяти очков

4

Д

Выпало не более пяти очков

5

G

Выпало не менее трех очков

4

U

Выпало более шести очков

0

И

Выпало не более шести очков

6



Эта таблица показывает неодинаковые возможности появления этих событий при одном испытании: более возможно то событие, которому благоприятствует большее число равновозможных элементарных событий данного пространства. Эти числа и могли бы быть численной мерой возможностей появления различных событий, связанных с данным испытанием. 

А как сравнить возможности появления событий А1 и В1, которые связанны с различными пространствами элементарных событий? 

Пусть в одном ящике 10 черных шаров пронумерованных четными числами 2,4,….18, 20, а в другом 8 белых шаров, пронумерованных числами 1,3,5,7,9,11,13,15. Наугад вынимаем из ящика по одному шару. Пусть А1-"номер черного шара, кратный 3", событие В1-"номер белого шара не больше 5". 

Какое из этих событий более возможно? 

Событию А1 благоприятствует 3равновозможных события (6,12,18), событию В1 тоже 3 (1,3,5). Может быть А1 и Б1 равновозможные события? Ответить на заданный вопрос можно, только зная количество всех равновозможных элементарных событий пространства, связанного с выниманием белого шара. 

Полная информация об этих событиях может быть представлена в форме таблицы 2.: 



Таблица 2. 

Событие

Содержание события

Число элементарных событий всего пространства

Число элементарных событий благоприятствующих данному событию

отношение

А1

Появление числа кратного 3

На черном шаре

10

3

0,30

В1

Появление числа не большего 5, на белом шаре

8

3

0,37



Приходим к выводам: 

А) событие В1 более возможное, чем событие А1; 

Б) возможность появления некоторого события n удобно измерять отношением m/n, где n - число всех равновозможных элементарных событий вытекающих из условий данного испытания, а m-число равновозможных событий, которые благоприятствуют событию Н. 

Эту удобную меру возможности появления события Н принято называть вероятностью этого события и обозначать символом Р(Н) =m/n. 

Определение 1. вероятностью случайного события Называется отношение числа равновозможных элементарных событий, благоприятствующих этому событию, к числу всех равновозможных элементарных событий пространства Е, определяемого данным испытанием. 

Это классическое определение вероятности случайного события. 

Р=(И) =n/n=1, т. к. число возможных исходов испытания равно числу исходов, благоприятствующих появлению события. 

Р=(_) =o/n=o, т. к. число исходов испытания, благоприятствующих появлению невозможного события, равно 0. 



П.2. Статистическое определение вероятности

При классическом подходе определения понятия вероятности сводится к более простому понятию – равно возможности элементарных событий. А это понятие основного на интуитивном воображении человеком тех условий испытания, которые вроде достоверно определяют эту равно возможность. Но не каждое испытание поддается такому воображению. Например, не может быть речи о равновозможных исходах испытания, состоящего в подбрасывании неправильной игральной кости, центр тяжести которой сознательно смещен с геометрического центра. 

Какова вероятность выпадения шестерки, при подбрасывании такой кости? 

Как известно вероятность выпадения шестерки при подбрасывании правильной игральной кости, равна 1ч6. 

Допустим, провели n бросаний такой кости и определили, что шестерка выпала m раз. Отношение mчn назовем статистической частотой появления шестерки. При проведении серии таких испытаний, может случится, что 

при подбрасывании кости n раз шестерка выпала m1раз; статистическая частота Р1=m1чn; 

при подбрасывании кости n+1раз шестерка выпала m2раз: статистическая частота Р2=m2чn+1; 

при подбрасывании кости Nраз шестерка выпала mN раз: статистическая частота РN=mNчN. 

Заметим, что для статистических частот р1,р2,р3,…. рN будет характерна устойчивость: они будут с возрастанием числа испытаний сколь угодно близко сосредотачиваться около вероятности Р=1ч6. 

Подбрасывая неправильную кость и определяя статистические частоты появления, например, шестерки, заметил такую же устойчивость этих частот, но эти частоты с возрастанием числа испытаний устойчиво будут сосредотачиваться около некоторого, в результате неправильности игральной кости нам неизвестно числа Р. Это неизвестное число в отношении статистических частот появления шестерки при подбрасывании неправильной игральной кости выступает как бы в роли 1ч6 в отношении статистических частот появления шестерки при подбрасывании правильной игральной кости. Будем считать это неизвестное число Р вероятностью выпадшей шестерки при бросании неправильной игральной кости. Для каждой неправильной игральной кости это Р будет разное. 

Пусть m1чn; m2чn+1;... .; mNчN – статистическая частота наступления события А в некоторой серии испытаний, каждое из которых проводится в одинаковых условиях (например, подбрасывается одна и та же игральная кость с одинаковой высоты) 

Определение 2. вероятностью события А называется то неизвестное число Р, около которого сосредотачиваются значения статистических частот наступления события А при возрастании числа испытаний. 

Это – статистическое определение вероятности случайного события. 



П.3. Геометрическое определение вероятности. 

Пусть на плоскости задан круг и нем треугольник В. В круг на удачу "бросается точка". Как определить вероятность события Н, состоящего в том, что точка попадает в треугольник? 

При решении этой задачи будем пользоваться следующем исходным положением: вероятность попасть в какую-либо часть круга пропорционально площади этой части. 

Если площадь круга составляет n единиц площади, а площадь треугольника m единиц площади, то в силу пропорциональности Р(А) =mk единиц площади чnk единиц площади = mчn. 

На конкретном примере можно увидеть, что геометрический подход к вероятности события не зависит от вида измерений геометрического пространства: важно только, чтобы пространство элементарных событий Е и пространство представляющее событие А, были одинакового вида и одинаковых измерений. 

Пример

Пусть на плоскости задан круг и определен его сектор ВОС (рис11), <ВОС=α. Рассмотрим вероятности трех событий А1, А2, А3, состоящих в следующем: в круг на удачу бросается точка М. А1-"попадание М1 в сектор ВОС". На дугу окружности наугад бросается точка N. А2-"попадание N на дугу ВОС". На рисунок на удачу бросается вектор OS, начало которого закреплено в точке О. 

А3-"попадание OS в угол α"

Пусть ОС=r - радиус круга. Тогдa: 

Тот факт, что Р(А1) =Р(А2) =Р(А3), подтверждает вышеизложенное суждение и позволяет обобщить формулу (х): 

если событие А состоит в попадании точки М на отрезок [α; β] при ее бросании наугад на отрезок [а; в] (рис.12), то

Р(А) = β - αчв-а; 

если позиция А состоит в попадании вектором ОМ в угол α при бросании наугад, когда начало вектора закреплено в точке О (рис13), то Р(А) = αч2π (в радианах) = α ч360°(в градусах); 

если событие А состоит в попадании точки М в пространство Т при бросании ее наугад в пространство S, то Р(А) =VтчVs

Геометрическая интерпретация вероятности события является важным средством подхода к расчету вероятностей сложных событий. 

Определение 3. вероятностью случайного события А называется численная мера возможности наступления этого события при некотором испытании. 



П.4. Аксиомотическое определение вероятности

Пусть Ω - произвольное пространство элементарных событий, а И – некоторый класс подмножеств множества Ω. 

Класс подмножеств И называется алгеброй событий, если Ω в И и если А; ВЄИ, А+ВЄИ, А/ВЄИ при любом АЄИ, ВЄИ. Отсюда следует, что ǿ= Ω\ ΩЄИ. Наименьшей системой подмножеств, является алгеброй, очевидно являясь системой И={d, Ω }. Нетрудно проверить следующие утверждение. Если И – система всех подмножеств множества Ω, то и алгебра, если Ω-конечное множество, то система всех подмножеств будет так же конечным числом. 

Пример. 

Подбрасывание игральной кости один раз. В этом опыте Ω={W1,W2...,W6}, где Wк обозначен исход опыта, заключающийся в выпадении k очков. Имеем шесть исключающих друг друга исходов. Выпишем все события алгебры И, состоящих из всех подмножеств Ω: 

{W1},{W2},... . {W6}; 

{W1,W2},{W1,W3},... . {W5,W6},{W1,W2,W3},... . .; 

{W1,W2,W3,W4,W5,W6}= Ω

В этом примере алгебра и состоит из 2=64 событий. Если множества Ω состоит из N элементов, то число всех подмножеств равно 2N. Действительно, число последовательностей из 0 и 1 длины N равно 2N, а между такими последовательностями и подмножествами Ω можно установить взаимнооднозначное соответствие по следующему правилу: элемент с номером i из множества Ω включается в подмножество, соответствующее данной последовательности стоит 1. 

Определение 4. числовая функция Р, определенная на классе событий И, называется вероятностью, если выполнимы следующие условия: 

А1. не является алгеброй событий; 

А2. Р(А) ≥0 для любого а АЄИ. 

А3. Р(Ω) =1

А4. (аксиома конечной аудитивности) 

Если А и В несовместимы, то Р(А+В) =Р(А) +Р(В). 

Для решения задач, связанных с бесконечными последовательностями событий, требуется дополнить приведенные аксиомы следующей аксиомой непрерывности: 

А5. для любой убывающей последовательности А1эА2э…. эАnэ…событий из И такой, что__Аn= ǿ имеет место равенство е1m Р(Аn) =0. 

Укажите несколько простых свойств вероятности, которые непосредственно следуют из аксиом А2-А4. Из аксиом А3-А4 и равенства А+А= Ω следует, что Р(А) =1-Р(А). 

Полагая здесь А= Ω, получим Р(ǿ) =0. 



§6. Теоремы о вероятности суммы событий



Определение 1. несколько событий называются несовместимыми в данном опыте, если никакие два из них не могут появится вместе. 

Примеры. 

появление 1,2,4очков при бросании игральной кости; 

попадание и промах при одном выстреле – несовместимые события. 

Теорема 1. вероятность суммы двух несовместимых событий равна сумме вероятности этих событий: 

Р(А+В) =Р(А) +Р(В) (1) 

Докажем эту теорему для схемы случаев. 

Пусть возможные исходы опыта сходятся к совокупности случаев. Для наглядности изобразим их в виде n точек. 

m n A k n B

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 

n

Предположим, что из этих случаев m благоприятны событию А, а k событию В. Тогда Р(А) =mчn; P(B) =kчn. 

Так как события А и В несовместны, то нет таких случаев, которые благоприятны m+k случаев И

Р(А+В) =m+kчn. 

Подставим полученные выражения в формулу (1) получим тождество. Теорема доказана. 

Обобщим теорему сложения на случай трех событий. Обозначая события А+В буквой Д и присоединяя к сумме еще одно событие С, легко доказать, что: Р(А+В+С) =Р(Д+С) =Р(Д) +Р(С) =Р(А+В) +Р(С) =

=Р(А) +Р(В) +Р(С). 

Методом полной индукции можно обобщить теорему сложения на произвольное число несовместных событий. Предположим, что она справедлива для n событий: А1, А2,... Аn, и докажем, что она будет справедлива для n+1 событий: А1, А2,... ... Аn,An+1

Обозначим: А1+А2+…. +Аn=C

Имеем: Р(А1+А2+…. +Аn+An+1) =P(C+An+1) =P(C) +P(An+1). 

Но т. к. для n событий теорема справедлива, то Р(С) =Р(А1) +Р(А2) +…. +Р(Аn), откуда Р(А1+А2+…+Аn+An+1) =P(A1) +P(A2) +... . P(An) +P(An+1), что и требовалось доказать. 

Таким образом, теорема сложения вероятностей применима к любому конечному числу несовместных событий. Ее удобно записать в виде: Р(∑Аi) =∑P(Ai) 

Отметим следствия, вытекающие из теоремы сложения вероятностей. 

Предварительно введем вспомогательное понятие. 

Определение 2. говорят, что несколько событий в данном опыте образуют полную группу событий, если в результате опыта непременно должно появиться хотя бы одно из них. 

Примеры. 

3) выпадение герба и выпадение цифры при бросании монеты; 

4) попадание и промах при выстреле – полные группы событий. 

Следствие 1. если события А1, А2,…Аn, образу4ют полную группу несовместных событий, то сумма их вероятностей равна единице: ∑P(Ai) =1. 

Доказательство. Так как события А1, А2,…. Аn образуют полную группу, это появление хотя бы одного из них – достоверное событие. 

P(A1+A2+... +An) =1

Т. к. А1, А2,…. Аn – несовместные события, то к ним применима теорема сложения вероятностей. 

P(A1+A2,... .,+An) =P(A1) +P(A2) +... . +P(An) = ∑P(Ai),

откуда ∑P(Ai) =1, что и требовалось доказать. 

Перед тем, как ввести второе следствие теоремы сложения, определим понятия о "противоположных событиях". 

Определение 3. противоположными событиями называются два несовместных события, образующие полную группу. 

Событие, противоположное событию А, принято обозначать А. 

Примеры. 

5) А-попадание при выстреле; 

А-промах при выстреле; 

6) В-выпадение герба при бросании монеты; 

В-выпадение цифры при бросании монеты – противоположные события. 

Следствие 2. Сумма вероятностей противоположных событий равна единице. Р(А) +Р(А) =1. 

Доказательство. Вспомним для доказательства, что А+А=И, Р(И) =1, А*А= ǿ, Тогда по теореме 1 получаем: 

1=Р(И) =Р(А+А) =Р(А) +Р(А), что и требовалось доказать. 

Это следствие есть частный случай следствия 1. оно важно в практическом применении теории вероятностей. На практике весьма часто оказывается легче вычислить вероятность противоположного события А, чем вероятность прямого события А. в этих случаях вычисляют Р(А) и находят Р(А) =1-Р(А). 

Пример 7. 

Круговая мишень (рис 14) состоит из трех зон: I, II, III. Вероятность попадания в первую зону при одном выстреле – 0,15, во вторую – 0,23, в третью - 0,17. Найти вероятность промаха. 

Решение. Обозначим А-промах при выстреле, тогда А-попадание. Тогда А=А1+А2+А3, где А1, А2, А3-непопадание соответственно в первую, вторую, третью зоны. 

По теореме 1 Р(А) =Р(А1) +Р(А2) +Р(А3) =0,15+0,23+0,17=0,55, откуда Р(А) =1-Р(А) =0,45

В ряде случаев приходится вычислять вероятность суммы событий, которые могут быть совместными. 

Теорема 2. для любых двух событий справедливо равенство: Р(А+В) =Р(А) +Р(В) - Р(АВ) (2) 

Доказательство. Событие А состоит из компонент А*В и А*В, а событие в из компонент А*В и А*В. Поэтому А+В=(АВ) +(АВ) +(АВ) +(АВ) =(АВ) +(АВ) +(АВ), и поскольку входящие в это положение компоненты попорио не пересекаются, то

Р(А+В) =Р(АВ) +Р(АВ) +Р(АВ) (3) 

С другой стороны имеем Р(А) =Р(АВ) +Р(АВ); и Р(В) =Р(АВ) +Р(АВ), а потому P(A) +P(B) =2P(AB) +P(AB) +P(AB). 

Сравнивая эти равенства с (3) получаем доказываемую формулу (2) 

Для произвольного числа событий формула выглядит так: Р(∑Ai) = ∑P(Ai) - ∑P(Ai-Aj) + ∑P(AiAjAk)... . +(-1) n-1P(A1A2... An). 

В частности при n=3 имеем: Р(А+В+С) =Р(А) +Р(В) +Р(С) - Р(АВ) - Р(АС) - Р(ВС) +Р(АВС). 



§7. Теорема умножения вероятностей



Условная вероятность.

Второй основной теоремой теории вероятностей является терема умножения вероятностей. 

Перед тем как излагать теорему умножения введем важное понятие: понятие о независимых и зависимых событиях. 

Определение 1. событие А называется независимым от события В, если вероятность события А не зависит от того, произошло ли событие В, или нет. 

Определение 2. событие А называется зависимым от события В, если вероятность события А является в зависимости от того, произошло ли событие В, или нет. 

Примеры. 

1) опыт состоит в бросании двух монет; рассматриваются события: 

А-появления герба на первой монете

В-появление герба на второй монете

В данном случае вероятность события А не зависит от того, произошло ли событие В, или нет; событие А независимо от события В. 

2) в урне два белых шара и один черный; два лица вынимают из урны по одному шару; рассматриваются события: 

А-появление белого шара у первого лица

В-появление белого шара у второго лица

Вероятность события А до того, как известно что-либо о событие В, равна 2/3. если стало известно, что событие В произошло, то вероятность события А становится равной Ѕ, из чего заключаем что событие А зависит от события В. 

Определение 3. вероятность события А, вычисленная при условии, что имело место другое событие В, называется условной вероятностью события А и обозначается Р(А/В). 

Условие независимости события А от события В можно записать в виде: Р(А/В) ≠Р(А). 

Сформулируем теорему умножения вероятностей. 

Теорема. Вероятность произведения двух событий равна произведению одного из них на условную вероятность другого, вычисленную при условии, что первое имело место: Р(АВ) =Р(А) Р(В/А) 

Докажем теорему для схемы случаев. 

Пусть возможные исходы опыта сводятся n случаям. Изобразим их для наглядности в виде n точек: 

…………………………………

Предположим, что событию А благоприятны m случаев, а событию В благоприятны k случаев. Т.к. мы не предполагали события АиВ несовместными, то вообще существуют случаи, благоприятные и событию А, и событию В одновременно. Пусть число таких случаев L. Тогда Р(АВ) = L/n; P(A) =m/n

Вычислим Р(В/А), т.е. условную вероятность события В в предположении, что А имело место. 

Если известно, что событие А произошло, то из ранее возможных n случаев остаются возможными только те m, которые благоприятны событию А. из них L случаев благоприятны событию В. Следовательно, Р(В/А) =L\n

Подставляя выражения Р(АВ) и Р(А), Р(В/А) в формулу (1) получаем тождество. Теорема доказана. 

При применении теоремы умножения безразлично, какое из событий А и В считать первым, а какое вторым, и теорему умножения можно записать так: Р(АВ) =Р(В) Р(А/В) 

Следствие 1. если событие А не зависит от события В, то и событие В не зависит от события А. 

Доказательство. Дано, что событие А не зависит от события В, т.е. Р(А) =Р(А/В). 

Требуется доказать, что событие В не зависит от события А, т.е. Р(В) =Р(В/А) (2) 

Будем предполагать, что Р(А) ≠0. 

Напишем теорему умножения вероятностей в двух формах: 

Р(АВ) =Р(А) Р(В/А), 

Р(АВ) =Р(В) Р(А/В), откуда

Р(А) Р(В/А) =Р(В) Р(А/В) или согласно условию (2) 

Р(А) Р(В/А) =Р(В) Р(А). 

Разделим обе части последнего равенства на Р(А). получим: 

Р(В/А) =Р(В), что и требовалось доказать. 

Следствие 2. если событие А не зависит от события В, то справедливо равенство: 

Р(АВ) =Р(А) Р(В) (3) 

Доказательство. Событие А не зависит от события В, если выполняется равенство Р(А/В) =Р(А) (4) 

По теореме о вероятности произведения двух событий Р(АВ) =Р(В) Р(А/В). (5) 

Если в правой части равенства (5) заменить Р(А/В) на Р(В), то придем к (3), причем Р(В) ≠0, то событие А не зависит от события В. Действительно из (3) следует, Р(А) = Р(АВ) чР(В) и следовательно, Р(А) =Р(А/В), что и требовалось доказать. 

Пример 3. 

В урне 2 белых и 3черных шара. Из урны вынимают подряд два шара. Найти вероятность того, что оба шара белые. 

Решение: 

А-появление двух белых шаров. 

Событие А представляет собой произведение двух событий: 

А=А1А2, где А1-появление белого шара, при первом вынимании, А2-появление белого шара при втором вынимании. 

По теоремам умножения вероятности Р(А) =Р(А1) Р(А2/А1) =2\5*1\4=0,1. 

Понятие независимости событий может быть распространено на случай произвольного числа событий. 

Определение 4. несколько событий называются независимыми, если любое из них не зависит от любой совокупности остальных. 




§8. Формула полной вероятности. Теорема гипотез 



п.1. Формула полной вероятности. 

Следствием обеих основных теорем –теорем сложения вероятностей и теоремы умножения вероятностей является так называемая формула полной вероятности. 

Пусть требуется определить вероятность некоторого события А1, которое может произойти вместе с одним из событий: Н1, Н2…Hn, образующих полную группу несовместных событий. Будем эти события называть гипотезами. Докажем, что в этом случае P(A) = ∑P(Hi) P(A/Hi), (1) 

Т.е. вероятность события А вычисляется как сумма произведений вероятности каждой гипотезы на вероятность события при этой гипотезе. 

Формула (1) носит название формулы полной вероятности. 

Доказательство. Т.к. гипотезы Н1, Н2,…Нn образуют полную группу, то событие А может появится только в колебании с какой-либо из этих гипотез.: 

А=Н1А+Н2А+…+НnA. 

Так как гипотезы Н1, Н2,… Нn, несовместны, то комбинации Н1, А1, Н2А,…НnA так же несовместны; применяя к ним теорему сложения, получим: Р(А) =Р(Н1А) +Р(Н2А) +…+Р(НnA) = ∑P(Hi) P(A/Hi), что и требовалось доказать. 

Пример 1. 

Имеются три одинаковые на вид урны; в первой урне 2 белых и 1 черный шар; во второй урне 3 белых и 1 черный шар; в третьей 2 белых и 2 черных шара. 

Некто выбирает одну из урн наугад и вынимает из нее шар. Найти вероятность того, что этот шар белый. 

Решение: 

Рассмотрим три гипотезы: 

Н1-выбор первой урны

Н2-выбор второй урны

Н3-выбор третьей урны

Н1Н2Н3-полная группа несовместных событий. 

Пусть событие А-появление белого шара. Т.к. гипотезы, по условию задачи равно возможны, то Р(Н1) =Р(Н2) =Р(Н3) =1\3

Условные вероятности события А при этих гипотезах соответственно равны: Р(А/Н1) =2\3; Р(А/Н2) =3\4; Р(А/Н3) =1/2. 

По формуле полной вероятности

Р(А) =1\3*3\2+1\3*3\4+1\3*1\2=23\36

Ответ: 23\36



П.2. Теорема гипотез. 

Следствием теоремы умножения и формулы полной вероятности является так называемая теорема гипотез, или формула Бейса (Байеса). 

Поставим следующею задачу. 

Имеется полная группа несовместных гипотез Н1, Н2,. . Нn. вероятности этих гипотез до опытов известны и равны соответственно Р(Н1),Р(Н2) …,Р(Нn). Произведен опыт, в результате которого наблюдено появление некоторого события А. Спрашивается, как следует изменить вероятности гипотез, в связи с появлением этого события? 

Здесь, по существу речь идет о том, чтобы найти условную вероятность Р(Н1/А) для каждой гипотезы. 

Из теоремы умножения имеем: 

Р(A*Нi) =P(A) P(Hi/A) =P(Hi) P(A/Hi), (i=1,2,3,... n) или, отбрасывая левую часть

P(A) P(Hi/A) =P(Hi) P(A/Hi),(i=1,2,. .,n) 

Откуда P (Hi/A) =P(Hi) P(A/Hi) чP(A),(i=1,2,3,... . n) 

Выражая с P(A) помощью полной вероятности, имеем

P(Hi/A) =P(Hi) P(A/Hi) ч∑P(Hi) P(A\Hi),(i=1,2,3,... . n) (2) 

Формула (2) носит название формулы Бейса или теоремы гипотез

Пример 2. на фабрике 30%продукции производится машиной I, 25% продукции - машиной II, остальная часть продукции – машиной III. У машины I в брак идет 1% сей производимой его продукции, у машины II-1.5%, у машины III-2% наугад выбранная единица продукции оказалась браком. Какова вероятность того, что она произведена машиной I? 

Решение. 

Введем обозначения для событий. 

А-выбранное изделие оказалось браком

Н1-изделие произведено машиной I

H2 - изделие произведено машиной II

H3 - изделие произведено машиной III

P(H1) =0,30; Р(Н2) =0,25; Р(Н3) =0,45

Р(А/Н1) =0,01,

Р(А/Н2) =0,015

Р(А/Н3) =0,02

Р(А) =0,01*0,30+0,015*0,25+0,02*0,45=0,015,

Р(Н1/А) = 0,01*0,30ч0,015=0, 20

Ответ: 20%всех бракованных изделий выпускается машиной I. 



§9. Формула Бернулли



Закон больших чисел

Пусть А случайное событие по отношению к некоторому опыту σ. Будем интересоваться лишь тем, наступило или не наступило в результате опыта событие А, поэтому примем следующую точку зрения: пространство элементарных событий, связанное с опытом σ, состоит только из двух элементов - А и А. Обозначим вероятности этих элементов соответственно, через p и q, (p+q=1). 

Допустим теперь, что опыт σ в неизменных условиях повторяется определенное число раз, например, 3 раза. Условимся троекратное осуществление σ рассматривать как некий новый опыт η. Если по прежнему интересоваться только наступлением или не наступлением А., то следует очевидно принять, что пространство элементарных событий, отвечающее опыту η, состоит из всевозможных последовательностей длины 3: (А, А, А), (А, А, А), (А, А, А), (А, А, А), (А, А, А), (А, А, А), (А, А, А), (А, А, А), которое можно составить из А и А. 

Каждая из указанных последовательностей означает ту или иную последовательность появления или не появления событий А в трех опытах σ, например, последовательность (А, А, А), означает, что в первом опыте наступило А, а во втором и третьем - А. Определим, какие вероятности следует приписать каждой из последовательностей (1) 

Условие, что все три раза опыт σ проводится в неизменных условиях, по смыслу должно означать следующие - исход каждого из трех опытов не зависит от того, какие исходы имели место в остальных двух опытах. Т.е. любая комбинация исходов трех опытов представляет собой тройку независимых событий. В таком случае, элементарному событию (А, А, А), естественно приписать вероятность, равную p*q*q, событию (А, А, А),-вероятность q*y*y и т.д. 

Т. о. приходим к следующему описанию вероятностной модели для опыта η (т.е. для трехкратного осуществления опыта σ). Пространство Ω элементарных событий есть множество из 2 в 3степени последовательностей. (1). Каждой последовательности сопоставляется в качестве вероятности число р в степени k, q в степени e, где показатели степеней определяют, сколько раз символы А и А входят в выражение для данной последовательности. 

Вероятностные модели такого рода называются схемами Бернулли. В общем случае схема Бернулли определяется значением чисел n и p, где n – число повторений исходного опыта σ (в предыдущем опыте мы считали n=3), а p-вероятность события А по отношению к опыту σ. 

Теорема 1. пусть вероятность события А равна p, и пусть Pmn-вероятность того, что в серии из n независимых испытаний это событие произойдет m-раз. 

Тогда справедлива формула Бернулли. 

Pmn=Cn в степени m *P в степени m *q в степени n-m [20, стр58] 

Пример 1. 

Монета подбрасывается 10 раз. Какова вероятность того, что герб выпадет при этом ровно 3раза? 

Решение: 

В данном случае успехом считается выпадение герба, вероятность p этого события в каждом опыте равна 1\2. 

Отсюда: Р10,3=С10в 3степени*(1\2) в 3степени*(1\2) в 7степени=10*9*8ч1*2*3*(1ч2в 10степени) =15\128

Ответ: 15\128

При большом числе испытаний относительная частота появления события мало отличается от вероятности этого события. Математическую формулировку этого качественного это качественного утверждения дает принадлежащий Бернулли закон больших чисел, который уточнил Чебышев. 

Теорема 2. Пусть вероятность события А в испытании p равна p, и пусть проводятся серии состоящие из n независимых повторений этого испытания. 

Через m обозначим число испытаний, в которых происходило событие А. тогда для любого положительного числа α выполняется неравенство: 

З(|m\n-p|> α) <pqч2во 2степени n (3) [20, стр. 148] 

Смысл этого неравенства состоит в том, что выражение mчn равно относительной частоте события А в серии опытов, а |m\n-p|> α означает, что отклонение этой относительной от теоретического значения p. Неравенство |m\n-p|> α означает, что отклонение оказалось больше чем α. Но при постоянном значении α с ростом n правая часть неравенства (3) стремится к нулю. Иными словами, серии в которых отклонение экспериментальной частоты от теоретической велико, составляют малую долю всех возможных серий испытаний. 

Из теоремы вытекает утверждение, полученное Бернулли: в условиях теоремы при любом значении α>0 имеем

P(|m\n-p|) > α) =0. 




Глава II. Методические особенности изучения основ

Теории вероятностей в классах с углубленным изучением математике



§1. Основные цели изучения теории вероятностей в классах с углубленным изучением математики



Математические школы и классы с углубленным изучением математики были созданы в нашей стране в начале 60-х годов, когда выяснялась необходимость в подготовке специалистов, умеющих использовать прикладные возможности математики: программистов, инженеров-конструкторов, физиков, экономистов и других. 

В настоящее время в математических школах и класса с углубленным изучением математики обучение ведется по программам разработанным коллективом ученых и преподавателей ВУЗов. 

При сравнении программ массовой и математической школы можно отметить, что алгебраический материал, изучаемый в математических классах, включает темы, отсутствующие в программе массовой школы. Среди них теория вероятностей. 

Содержание обучения теме "элементы теории вероятностей", выделены в "программе для общеобразовательных учреждений. Математика" [18] обеспечивает дальнейшее развитие у учащихся их математических способностей, ориентации на профессии, существенным образом связанных с математикой, подготовку к обучению в ВУЗе. Специфика математического содержания рассматриваемой темы позволяет конкретизировать выделенную основную задачу углубленного изучения математики следующим образом. 

1. продолжить раскрытие содержания математики, как дедуктивной системы знаний. 

А) построить систему определений основных понятий; 

Б) выявить дополнительные свойства введенных понятий; 

В) установить связи введенных и ранее изученных понятий. 

2. Систематизировать некоторые вероятностные способы решения задач; раскрыть операционный состав поиска решений задач определенных типов. 

3. Создать условия для понимания и осознания учащимися основной идеи практической значимости теории вероятностей путем анализа основных теоретических фактов. Раскрыть практические приложения изучаемой в данной теме теории. 

Достижению поставленных образовательных целей будет способствовать решение следующих задач: 

1. Сформировать представление о различных способах определения вероятности события (статистическое, классическое, геометрическое, аксиоматическое) 

2. Сформировать знание основных операций над событиями и умения применять их для описания одних событий через другие. 

3. Раскрыть сущность теории сложения и умножения вероятностей; определить границы использования этих теорем. Показать их применения для вывода формул полной вероятности и формул Байеса. 

4. Выявить алгоритмы нахождения вероятностей событий 

а) по классическому определению вероятности; 

б) по теории сложения и умножения; 

в) по формуле полной вероятности; 

г) по формуле Байеса. 

Сформировать предписание, позволяющее рационально выбрать один из алгоритмов при решении конкретной задачи. 

Выделенные образовательные цели для изучения элементов теории вероятностей дополним постановкой развивающих и воспитательных целей. 

Развивающие цели: 

формировать у учащихся устойчивый интерес к предмету, выявлять и развивать математические способности; 

в процессе обучения развивать речь, мышление, эмоционально-волевую и конкретностно-мотивационную области; 

самостоятельное нахождение учащимися новых способов решения проблем и задач; 

применение знаний в новых ситуациях и обстоятельствах; 

развивать умение объяснить факты, связи между явлениями, преобразовывать материал из одной формы представления в другую (вербальная, знако-символическая, графическая); 

учить демонстрировать правильное применение методов, видеть логику рассуждений, сходство и различие явлений. 

Воспитательные цели: 

формировать у школьников нравственные и эстетические представления, систему взглядов на мир, способность следовать нормам поведения в обществе; 

формировать потребности личности, мотивы социального поведения, деятельности, ценностей и ценностных ориентаций; 

воспитывать личность, способную к самообразованию и самовоспитанию. 



§2. Анализ содержания темы "Элементы теории вероятностей" в школьных учебниках



Теория вероятностей не изучается на базовом уровне. Эта тема становится актуальной лишь для учащихся классов с углубленным изучением математики. 

С понятием "вероятность" учащиеся впервые встречаются в9классе. 

В содержании темы учебника "Алгебра 9" [4] выделяются три взаимосвязанных направления, имеющие особое значение для развития логического и вариационного мышления. Во-первых, это подготовка в области комбинаторики, с целью создания аппарата для решения вероятностных задач и формирования важного вида практически ориентированной математической деятельности; во-вторых, формирование умений связанных со сбором, представлением и анализом данных; и в - третьих, формирование представлений о вероятности случайных событий и умение решать вероятностные задачи. 

На данном этапе изучения уточняются способы представления и нахождения информации в таблицах, на диаграммах, в каталогах, рассматриваются задачи на перебор вариантов, формируются начальные представления о частоте и вероятности событий. 

Дальнейшее изучение теории вероятностей осуществляется в 11 классе. 

В учебнике "Алгебра 11" [5] глава "элементы теории вероятностей" начинается с рассмотрения достоверных, невозможных и случайных событий пока только на интуитивном уровне. Приводятся примеры на каждый вид событий и говорится о том, что случайные события представляют для нас особый интерес, к их изучению привели математиков потребности практики. 

Основное понятие, с которым связан весь курс теории вероятностей – это понятие опыта (или испытания). Но ему не дается четкое математическое определение, а вводится на интуитивном уровне. 

Материал в теме изложен дедуктивно, если вводимым понятиям даются точные математические определения. Можно построить несколько логических цепочек определений: 

1. По количеству благоприятных исходов из возможных, относительно одного события. 

   Событие







достоверное       невозможное     случайное

2. По количеству благоприятных исходов, относительно нескольких событий: 

События





несовместные

противоположные

независимые



3. операции над событиями









объединение 			разность событий

событий	пересечение

событий 		следствие

событий



Перечисленные понятия вводятся описательно, на каждое из них приводится пример. 

В темы сформулированы и доказаны следующие утверждения: 

1. Если события А и В несовместны, то Р(АUВ) =P(A) +P(B). 

В основе доказательства лежит подсчет всевозможных исходов события А и В и определения объединения событий. 

2. Если события А1, А2,... ... Аn попарно несовместны, то вероятность объединения этих событий равна сумме их вероятностей: 

Р(А1UA2U... . UAn) =P(A1) +P(A2) +... +P(An) 

Для доказательства применяется определение несовместных событий и утверждение 1. 

3. Для любого события А имеем: 

Р(А) =1-Р(А). 

Для доказательства исполняются факты: AUA - есть достоверное событие (И) и Р(И) =1. А∩А – невозможное событие (ǿ) и утверждение 1. 

4. Для любых двух событий справедливо равенство Р(АUВ) =P(A) +P(B) - Р(А∩В) 

Идея доказательства состоит из: 

разложения событий А и В на компоненты; 

нахождение объединения события А и события В; 

нахождение вероятности объединения событий А и В; 

нахождение суммы вероятности события А и события В. 

5. пусть вероятностное пространство И представлено в виде объединения попарно несовместных событий Х1,,……, Хn: И=Х1UX2U... . UХn, где Xi∩Xj=ǿ при i≠j. Тогда для любого события А верно равенство: Р(А) =Р(Х1) Р(А/Х1) +…+Р(Хn) P(A/Xn). 

Для доказательства находится пересечение события А и вероятностного пространства И. пользуясь законом дистрибутивности операции пересечения событий, теоремой сложения вероятностей и условием, что Xi∩Xj-невозможное событие, получается, что событие А является объединением попарно несовместных событий А∩Х1,…А∩Хn. Находится вероятность Р(А) и применяется формула условной вероятности. 

6. Пусть вероятность события А равна Р, и пусть Рmn-вероятность того, что в серии из n независимых испытаний это событие произойдет m раз. Тогда справедлива формула Бернулли Pmn=Cn в степени m* p в степени m * q в степени n-m. 

Идея доказательства: подсчет благоприятных серий испытаний, нахождение вероятности каждой из них и использование условия, что любые две различные серии несовместны. 

Теория вероятности рассматривается в учебниках Ю.М. Колягина и других "Алгебра и начало анализа 11" для общеобразовательных классов и А.Л. Вершера, А.П. Харпа "Математика 11" для учащихся гуманитарного профиля. 

Представленные в учебном пособии задачи считаем возможным квалифицировать следующим образом: (Основа классификации - теоретические сведения основ теории вероятностей). 

Вычисление вероятности как относительной частоты (частости) появления события (NN 493-499) 

Определение множества исходов испытания (NN 499-508) 

вычисление вероятности по классическому определению вероятности: 

а) число исходов испытания определяется методом "перебора" (NN 516-521) 

б) число исходов испытания определяется с применением формул комбинаторики (NN 522-548) 

4. Алгебра событий (NN 533-548) 

5. Вычисление вероятности по теоремам сложения вероятностей (NN 549-553) 

6. Вычисление условной вероятности (NN 565-579). 



§3. Методические особенности изучения основ теории вероятностей в классах с углубленным изучением математике 



П.1. Виды событий

Изучение теории вероятностей начинается с введения понятий событий: достоверных, невозможных и случайных. Это можно сделать следующим образом: в жизни вы часто слышали или употребляли в разговоре следующие фразы: "Важное событие", "Вот это событие", и т.д. А что же такое событие? Как вы понимаете это слово? Приведите примеры событий. После этого учитель может подвести итог, введя определенные события (это исход наблюдения или опыта). 

Рассмотрим следующие события: 

1) при понижении температуры до 90° вода превращается в лед; 

2) при понижении температуры вода закипает; 

3) при бросании монеты выпал герб. 

Охарактеризуем эти события: насколько достоверно каждое из них? Вероятно ли то, что они утверждают? Первое верно, т. к вода обязательно замерзнет, если понизить температуру, поэтому это событие называется достоверным. Второе никогда не произойдет, поэтому оно называется невозможным. К какому же виду событий следует отнести третье? Всегда ли оно имеет место? Нет! Может случится, что выпадет решка и сто выпадет герб. Поэтому это событие называется случайным. Вводится определение случайного события (это такой исход наблюдения или эксперимента, который может произойти, а может не произойти). 

После беседы учащимся целесообразно предложить устную работу. Ее содержание может быть следующим: 

1. Определить вид следующих событий. 

При нагревании проволоки ее длина увеличилась; 

При бросании игральной кости выпало 4очка; 

При бросании монеты выпала решка; 

При осмотре почтового найдены 3 письма; 

При бросании игральной кости количество выпавших очков есть натуральное число; 

При стрельбе по мишени стрелок дважды попал в цель. 

2. Являются ли следующие события невозможными? 

Получение всеми учениками вашего класса отличных оценок за очередную контрольную работу по математике; 

Замена всех завтрашних уроков просмотром приключенческого фильма. 

3. Приведите примеры событий, которые вы считаете: 

Достоверными; 

Невозможными

Случайными

Целесообразно подготовить сообщения учеников на темы: 

1) Теория вероятности как наука. 

2) Применение теории вероятности. 

Цель: показать учащимся обширность областей применения теории вероятностей, ее значимость в науке и в жизни. 

Для ознакомления учащихся с понятием частоты появления какого-либо события в длинной серии испытаний рекомендуется выполнение ряда упражнений, которые требуют ответа на вопрос: "Какое из событий вероятней? ". 

Учителю необходимо пояснить учащимся, что сравнивать события следует по их вероятностям. 

Например. Что вероятнее –появление герба при бросании монеты или появления нечетного числа очков при бросании игральной кости? 

Решение. 

Вероятность появления герба при бросании монеты равна 1\2, а появление нечетного числа очков при бросании игральной кости равна 3\6 или 1\2. 

Следовательно, эти события равновероятные. 

После изучения данного материала, ученики должны уметь: 

Приводить примеры достоверных, невозможных и случайных событий; 

Уметь классифицировать события на достоверные, невозможные и случайные; 

Из нескольких событий выделять наиболее вероятное, объяснять свой выбор. 



П.2. Вероятностное пространство

При введении понятия "вероятностное пространство" ученики сталкиваются с понятием опыта или испытания. Но этому понятию нельзя дать математическое определение. Ученики должны понимать, что значат слова: "подбросим монету и посмотрим упала она вверх гербом и цифрой" или "зажжем свечу и посмотрим, когда она сгорит". Ученикам следует объяснить, что существенно лишь то, что данное испытание может иметь различные исходы. Для простоты удобно рассматривать лишь случаи, когда множество исходов конечно. 

Для того, чтобы ученики убедились в том, что действительно при испытании возможны различные исходы, т.е. множество исходов, проведем эксперимент. 

Для эксперимента потребуется игральная кость и свободный стол, на котором будет производиться испытание. 

Один из учеников несколько раз подбрасывает игральную кость и каждый раз на доске записывает результат. 

В конце испытания полезно подвести итог о возможных множествах исходов: 

1. {A1,A2,A3,A4,A5,A6}, Аk –выпадение k очков; 

2. {В0, В1}, В0-выпадение четного числа очков, В1-выпадение нечетного числа очков; 

3. {C1,C2}, С1-выпадение очков меньше или равно 4, С2-выпадение очков больше или равно 5. 

Учителю рекомендуется предложить еще несколько возможных множеств исходов, например, множество {A1,A2}, где Аk выпадение k очков, или множество {В1, С2}, где В1-выпадение нечетного числа очков, С2 - выпадение очков больше или равно 5 и предложить учащимся выяснить: являются ли эти множества исходов множествами исходов данного опыта! 

Для того, чтобы можно было выразить вероятность каждого исхода числом, потребуется выбрать "единицу измерения". Можно сказать ученикам, что математики договорились, что сумма вероятностей всех исходов равна 1. 

С ребятами рекомендуется обратиться к проведенному эксперименту и выяснить, какой из исходов имеет возможность происходить чаще других. 

Выяснив, что ни один из исходов не отвечает этому требованию, учитель делает вывод, что все элементарные исходы равно возможны, а т. к. их сумма равна 1, то вероятность каждой из них равна 1\n, где n-число исходов. 

Следует пояснить учащимся, что этот подход называется классической схемой теории вероятностей. 

Полезно выполнить следующие упражнение: 



Вероятностное пространство задано следующей таблицей: 

Исход

Х1

Х2

Х3

Х4

Вероятность

0,2

0,1

0,5

0,4



Во сколько раз исход Х3 вероятнее исхода Х2. какие исходы равно вероятностны? 

Это задание предложено с целью формирования у учащихся умений выявлять вероятностное пространство, а так же умений выделять равновероятностные исходы, сравнивая их. 

Необходимо пояснить учащимся, что существует несколько подходов к определению вероятности. 

1. Классическое определение вероятности. 

Урок можно провести в форме лекции-диалога [Гл.1§5] т. к. это определение фиксирует долю благоприятных для данного события исходов среди всех равновозможных, необходимо научить определять число всех равновозможных исходов. После определения вероятности рекомендуется решить несколько задач на непосредственное нахождение вероятностей событий согласно классическому определению, тем саамы выявить алгоритм решения таких задач. 

Алгоритм: 

1) обозначить событие (Н1) 

2) сосчитать число всех исходов (n) 

3) сосчитать число исходов благоприятствующих данному событию m

4) найти отношение благоприятствующих исходов к числу всех исходов

На отработку алгоритма предлагается решить следующие задачи. 

Задача 1. В урне 3красных шара, 2 белых и 4 синих. Какова вероятность того, что с первого раза вынут красный шар? 

Задача 2. При броске игральной кости вычислить вероятность следующих событий

"выпало 3 очка"

"выпало 6 очков"

"выпало четное число очков"

"выпало простое число очков"

"число выпавших очков кратно 3". 

Задача 3. Набирая номер телефона, абонент забыл одну цифру и набрал ее на удачу. Найти вероятность того, что набрана нужная цифра. 

Задача 4. Бросили две монеты. Какова вероятность того, что на одной монете выпал герб, а на другой цифра? 

Для запоминания учащимися формулы Р(Н) =m\n, полезно придать ей наглядную иллюстрацию. (рис.15) 

Р(Н) =







Рис.15. 



Н - случайное событие, n-число всех равновозможных элементарных событий, m-число равновозможных элементарных событий, благоприятствующих событию Н. 

Затем следует перейти к изучению свойств вероятности и совместно с учащимися установить, что: 

1) если А некоторое событие, то 0≤Р(А) ≤1; 

2) 0(И) =1, где И-достоверное событие; 

3) 0(√) =0, где √-невозможное событие. 

2. Статистическое определение вероятности. 

Главное, чтобы учащиеся поняли, что при статистическом определении в качестве вероятности события принимают его относительную частоту. 

Ученикам следует пояснить, что существует еще геометрическое определение вероятности и существует аксиоматическое определение вероятности события. 



П.3. Теоремы сложения

Прежде чем приступать к формулированию и доказательству этих теорем, необходимо вспомнить определение суммы и произведения событий; совместных и несовместных событий. 

Вначале на примере задачи следует дать учащимся представление о формулировке теоремы 1. 

Задача 1. экзаменационные работы абитуриентов зашифрованы целыми числами от 1 до 90 включительно. Какова вероятность того, что номер наудачу взятой работы кратен 10 или 11? 

Решение. 

Пусть событие А –номер работы кратный10. событие В-номер работы кратный 11, тогда событие А+В состоит в том, что номер работы кратен 10 или 11. Легко видеть это Р(А) =9\90 (1), и Р(В) =8\90 (2), а т. к. число исходов благоприятствующих событию А+В равно 17 и, следовательно Р(А+В) =17\90 (3). 

Сравнивая (3) с (1) и (2), видим что вероятность события А+В и сумма вероятностей событий А и В равны между собой, т. е Р(А+В) =Р(А) +Р(В) 

Формулировка теоремы достаточно проста, поэтому учащиеся самостоятельно и могут предложить. 

Решение задачи может быть использована для выявления способа доказательства сформулированной теоремы. Достаточно обратить внимание на основные моменты решения. 

1) подсчет числа всех исходов испытания

2) нахождение числа исходов испытания, благоприятствующих появлению событий А; В; 

3) отыскание числа исходов испытания, благоприятствующих появлению события А+В. 

Полная аналогия доказательства теоремы с решением задачи позволяет учащимся самостоятельно ее доказать. Можно предложить специальную запись доказательства в виде таблицы, клетки которой заполняются учащимися. 

n - число всех исходов испытания. 

Р(А+В) =Р(А) +Р(В) 



События

Число исходов испытания, благоприятствующих появлению события

Вероятность события

А

m

m\n

B

K

k\n

A+B

m+k

m+k\n



Важно, чтобы ученики видели необходимость обоснования шагов доказательства и умели это делать, ссылаясь на определение несовместных событий и классическое определение вероятности. 

После доказательства теоремы целесообразно дать геометрическую интерпретацию выведенной формулы и пояснить: m,n,k – величины площадей нарисованных фигур. 

В тетрадях учащимся рекомендуется зафиксировать правило, которое выражается последним равенством и может быть распространено на любое конечное число попарно несовместных событий: вероятность объединение попарно несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий. 








+















Для закрепления этой формулы ученикам предлагается решить ряд задач. 

Задача 2. в лотерее выпущено 10000билетов и установлено: 10 выигрышей по 200рублей, 100выигрышей по 100рублей, 500-по 25рублей и 1000 выигрышей по 5рублей. Гражданин купил один билет. Какова вероятность того, что он выиграет не меньше 25рублей? 



Решение задачи предполагается учащимися оформить в таблицу, с целью формирования навыка решать задачи по алгоритму. 

Алгоритм

Конкретное соответствующие задание заданному алгоритму

Ввести обозначение для заданных величин

А-выигрыш не менее 25рублей



А1-выигрыш равен 25рублям



А2-выигрыш равен 100рублям



А3-выигрыш равен 200рублям

Подобрать формулу

Т. к. куплен один билет, то А+А1UA2UA3

Где события А1, А2, А3 попарно несовместимы, поэтому 

Р(А) =Р(А1UA2UA3) =P(A1) +P(A2) +P(A3) 

P(A1) =0.05; P(A2) =0.01; P(A3) =0.001

P(A) =0.05+0.01+0.001=0.061

Ответ

0,061



С целью выявления разнообразных способов решение задач на применение теоремы сложения вероятностей событий предлагаем рассмотреть следующие задачи: 

Задача 3. Бросают две монеты. Чему равна вероятность появления хотя бы одного герба? 

Решая эту задачу по известной схеме учащиеся приходят к выводу, что формула Р(АUB) =P(A) +P(B) не применима, т. к. события в этом испытании совместны. 

Для решения сложившийся ситуации учителю рекомендуется предложить учащимся избрать другой путь решения, а именно: 

1) обозначить событие с-"выпадение герба не состоялось"

2) найти вероятность этого события Р(С) =i

3) CUC-достоверное событие

4) Р(И) +Р(CUC) =P(C) +P(C) =1-по теореме 1. 

5) Р(С) =1-Р(С) =1-1\4=3\4. 

Таким образом, учащиеся с помощью учителя устанавливают связь между вероятностями противоположных событий: сумма вероятности двух противоположных событий равна единице. 

Доказательство в общем виде учащимся предлагается выполнить самостоятельно, использовать для этого решение задачи. 

С целью формирования умения решать задачи с помощью доказанной формулы предлагается решить задачу. 

Задача 4. стрелок трижды стреляет по мишени. Вероятность попадания первого выстрела равна 0,4; второго 0,5; третьего 0,7. Какова вероятность того, что произошло хотя бы одно попадание. 

Изучение теории о вероятности объединения совместных событий целесообразно провести следующим образом. 

Пусть m-число равновозможных элементарных событий, благоприятствующие событию В. Среди m+k событий содержится в таких, которые благоприятствуют и событию А, и событию В. Если n-общее число равновозможных элементарных событий, то учащиеся без труда по классическому определению вероятности найдут: 

Р(А) =m\n, P(B) =k\n, P(A∩B) =L\n. 

Ученикам необходимо пояснить, что запись AUB означает: "произойдет или событие А, или событие В, или и то и другое вместе" и что такому событию благоприятствуют (m+k-L) поэтому P(AUB) =m+k-L\n=m\n+k\n-L\n Подставляя значения получим: 

P(AUB) =P(A) +P(B) - P(A∩B) 

Школьники должны понять, что эта формула представляет собой обобщение формулы Р(AUB) =P(A) +P(B) 

Зафиксировав доказательство теоремы в тетрадь целесообразно дать геометрическую интерпретацию полученной формулы. 

Р(AUB) =



Где m,k,L,n - величины площадей изображенных фигур. 



Вернемся к задаче 3 и решим ее, пользуясь теоремой о вероятности объединения совместных событий. 



Будем продолжать работать по алгоритму. 

Алгоритм

Конкретное соответствие задания заданному алгоритму

Ввести обозначения для заданных величин

А-появление герба при подбрасывании монеты; 



В-появление герба при подбрасывании второй монеты. Найти С=AUB

Подобрать формулу

Т. к. АиВ - совместные события, то Р(С) =Р(AUB) =P(A) +P(B) - P(A ∩B) 

P(A) =1\2,P(B) =1\2,P(A∩B) =1\4

P(C) =1\2+1\2-1\4=3\4

Ответ

3\4



Для того, чтобы показать, что доказанная теорема справедлива не только для двух совместных событий можно предложить следующие задание. 

Задача 5. А, В, С-совместные события. Доказать Р(АUBUC) =P(A) - P(B) - P(C) - P(A∩B) - P(A∩C) - P(B∩C) +P(A∩B∩C) 

Это задание способствует формированию умений учащихся доказывать вероятностные формулы. 

Предлагаем систему задач, основной функцией которой является иллюстрация и закрепление положений теорий (теория о сумме вероятностей совместных событий). 

I. (на применении теоремы о вероятности суммы не совместных событий). 

1. в урне 30шаров: 10красных, 5синих, 15белых. найти вероятность появления цветного шара. 

2. Стрелок стрелял по мишени, разделенной на три области. Вероятность попадания в первую область равна 0,45, во вторую 0,25. найти вероятность того, что стрелок при одном выстреле попадет либо в первую, либо во вторую. 

3. Консультационный пункт института получает пакеты С контрольными работами из городов А, В, С. Вероятность получения пакета из города А 0,7; из города В 0,2. найти вероятность того, сто очередной пакет будет получен из города С. 

II. (на применение теоремы о вероятности противоположного события) 

1. вероятность того, что день будет дождливый р равна 0,7. найти вероятность того, что день будет ясным. 

2. в денежно-вещевой лотереи на каждые 10 000 билетов разыгрываются 150вещевых и 50денежных выигрышей. Чему равна вероятность выигрыша, безразлично денежного или вещевого, для владельца одного лотерейного билета? 

3. берется на удачу трехзначное натуральное число от 100 до 999. какова вероятность того, что хотя бы две его цифры совпадают? 

III. (на применение теоремы о вероятности суммы событий, которые могут быть совместными) 

1. вероятность попадания в цель при стрельбе первого и второго орудий соответственно равны: р1=0,7; р2=0,8. Найти вероятность попадания при одном залпе (из обеих орудий) двух орудий. 

2. подбрасываются две монеты. Какова вероятность выпадения хотя бы одного герба? 

После изучения теорем о вероятности суммы событий учащиеся должны уметь: вычислять вероятность случайного события, используя правила вычисления вероятностей одних событий по известным вероятностям других событий, с ним связанных. 

Для этого удобно пользоваться алгоритмом, который ученикам рекомендуется зафиксировать в тетрадь: 

1. ввести обозначение для всех количеств. Присвоить имена событиям, участвующим в задании. Те вероятности, которые указаны в задаче явно, сразу выписать (если доля задана в процентах – заданные проценты поделить на 100). 

2. те вероятности, которые заданы не в явном виде сосчитать и выписать. 

Указание к шагу. 

Считать вероятности по следующим правилам. 

А) если задано общее число исходов n и число благоприятных событию А исходов m (или их можно сосчитать), то Р(А) =m\n; 

Б) если все возможные исходы можно изобразить с помощью геометрической фигуры (отрезок, круг, полоса - полное пространство событий Ω), то нарисовать ее, а внутри нее нарисовать фигуру, соответствующую исходам, благоприятным событию А, вычислить площади фигур А и Ω, сосчитать отношение этих фигур P(А) =S(A) \S(Ω); 

В) если по заданным в задаче вероятностям надо сосчитать вероятность еще одного события (С), то надо выписывать формулу связи этого события с теми событиями, вероятность которых известны. (А, В,…). После этого воспользоваться формулами: С=А=>Р(С) =1-Р(А); 

С=А+В=>Р(С) =Р(А) +Р(В) - Р(А*В). 

Для закрепления этого алгоритма в системе задач, следует предусмотреть задачи, связанные с геометрическим определением вероятности. Примером такой задачи может быть следующая. 

Задача 6. в квадрате находится другой квадрат, сторона которого вдвое меньше. Найти вероятность того, что точка брошенная в квадрат так, что любое ее положение в квадрате – равновозможное, окажется внутри второго квадрата. 





а\2Согласно алгоритму, учащийся должен выполнить рисунок и заполнить таблицу, подобрав к алгоритму конкретное содержание. 

А



Алгоритм

Конкретное соответствие задания заданному алгоритму

Ввести обозначения для заданных величин

а-длинна стороны квадрата; 



а/2-длина стороны второго квадрата; 



S(Ω) - площадь квадрата; 



S(A) - площадь внутреннего квадрата; 



А-точка попала во внутренний квадрат; 

S(Ω) =а І, S(A) =aІ\4, найти Р(А) ? 

Подобрать формулу

Р(А) =S(A) \ S(Ω) = aІ\4\ aІ=1\4=0.25

Ответ

0,25



На контрольно-коррекционном этапе изучения теорем о вероятности суммы независимых событий считаем возможным предложить самостоятельную работу, с целью проверки умения учащихся применять изученные формулы в конкретных ситуациях, атак же для выявления пробелов в знаниях. 

Перед самостоятельной работой целесообразно провести устную работу с целью повторения правила сложения вероятностей событий и основных формул. 

Обсуждение следует сориентировать: 

на выяснение правила сложения вероятности несовместных событий; 

на определение несовместных событий, с приведением учениками достаточного числа примеров; 

на выяснение обобщенного правила сложения вероятностей; 

на выяснение символической записи правила сложения вероятностей 2,3-несовместных (совместных) событий; 

на выяснение формулы выражающей связь между вероятностями противоположных событий; 

Содержание самостоятельной работы может быть следующим: 

на военных учениях летчик получил задание "уничтожить" 3рядом расположенных склада боеприпасов противника. На борту самолета одна бомба. Вероятность попадания в первый склад примерно равна 0,01, во второй 0,008, в третий 0,025. 

Любое попадание в результате детонации вызывает взрыв и остальных складов. Какова вероятность того, что склады противника будут уничтожены? 

подбрасывается игральная кость. Чему равна вероятность того, что на гранях выпадет 4и6 очков. 

найти вероятность того, что брошенная в квадрат точка окажется внутри вписанного в этот квадрат круга, если ее любое положение в квадрате является равновозможным. 

бросают две монеты. Какова вероятность выпадения хотя бы одной цифры. 

Цель задания 3: выявить способности учащихся решать задачи, в которых события описываются с помощью геометрических фигур. 

Цель задания 4: выявление пробелов в знании формулы сложения двух несовместных событий. 



П.4. Условная вероятность. Формула умножения

Изучению формулы умножения следует предварить беседу о зависимости одного события от другого, и об условной вероятности. Это можно осуществить на опыте: из ящика в котором 5белых и 3черных шара, наугад вынимают последовательно один за другим два шара. Какова вероятность вынуть второй шар белый? 

Проводя опыт, учащиеся сталкиваются с двумя ситуациями: когда вероятность вынуть второй шар белый зависит от того, вынут в первый раз шар белый или черный. 

Следует пояснить учащимся, что в таком случае будем говорить, что одно событие зависит от другого, а вероятность появления зависимого события условная. 



Е                 A                                                                         B













n

      k

		m                   rПусть событие В зависит от события А. Уловную вероятность появления события В, если событие А произошло, будем обозначать Р(В/А). и в дальнейшем встречаясь с такой записью, учащиеся без труда должны узнавать и понимать, что речь идет о вероятности события В, если произошло событие А. 






При выведении формулы умножения вероятностей можно воспользоваться рисунком. 

Событию А благоприятствуют m событий, событию В благоприятствуют k событий, событию А∩В благоприятствуют r событий. 

Если событие А произошло, то событию В благоприятствуют r и только r событий Ai, благоприятствующих А∩В. 

Р(В/А) =r\m=r\n ч m\n=P(A∩B) \P(A); 

По аналогии формулу Р(А/В) учащиеся могут ввести самостоятельно

Р(А/В) =r\k=r\n ч k\n=P(A∩B) \P(B) 

На основании этих формул делаем вывод: P(A∩B) =Р(В) *Р(А/В) =Р(А) *Р(В/А). 

Учащимся следует обратить внимание на то, что выведенное правило умножения имеет место лишь в том случае, если имеют смысл события А/В и В/А. А они имеют смысл тогда, когда события А и В совместны. 

На формирование умений у учащихся решать задачи с применением правила умножения вероятностей предлагается решить ряд задач. 

1. из колоды в 32карты наугад одну за другой вынимают две карты. Найти вероятность того, что: 

- вытянуты два валета; 

- вытянуты две карты пиковой масти; 

- вытянуты валет и дама; 

2. в ящике 5 белых и 7 черных шаров. Последовательно вынимаем два шара. Какова вероятность того, что они оба белые? 

3. имеется 3ящика, содержащих по 10 деталей. В первом ящике 8, во втором 7 и в третьем 9 стандартных деталей. Из каждого ящика наугад вынимают по одной детали. Найти вероятность того, что все 3 вынутые детали окажутся стандартными. 




§4. Описание опытной работы



В качестве основной цели опытно - экспериментальной работы была представлена апробация предложенных методических рекомендаций по изучению основных теоретико-вероятностных вопросов в школьном курсе математики в классах с углубленным изучением математике. 

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- разработать содержание цикла уроков по теории вероятностей;

- проверить целесообразность разработанных методических рекомендаций. 

Основная гипотеза опытной работы: включение элементов в теории вероятностей в математическую подготовку учащихся способствует общему повышению интеллектуального уровня учащихся и качества их математической подготовки. 

При проведении опытной работы мы пользовались следующими методами:

- наблюдение за процессом усвоения знаний учащимися;

- беседы с учителем математики этого класса и учениками;

- проведение диагностической контрольной работы; 

количественная и качественная обработка полученных данных. 

Эксперимент был проведен в Татьяновской средней школе Благовещенского района Алтайского края в 11 классе. 

В классе 20 учащихся. Из них 5 имеют высокий уровень подготовки, материал усваивается ими без пробелов в знаниях; трое имеют низкий уровень подготовки, усвоение материала или происходят с большими трудностями; остальные учащиеся занимаются хорошо. 

Ребята легко вступают в контакт с педагогом, проявляют интерес к получению знаний, охотно помогают учителю в подготовке и проведении занятий. 

Учащиеся занимаются на повышенном уровне обучения математике. Для хорошо подготовленных учащихся учитель предусматривает индивидуальные задания, а со слабыми, занимается дополнительно. 

При обучении учащихся математике учитель использует методы проблемного обучения, эмпирические методы (наблюдение, опыт, измерение), метод сравнения и аналогии. Часто на уроках педагог организует самостоятельную работу и придерживается индивидуализации в обучении. 

Было проведено семь уроков. Ниже представлены основные содержательные компоненты теоретического материала темы, изученные на уроках;

- виды событий (достоверные, невозможные, случайные);

- вероятностное пространство;

- классическое определение вероятности;

- определение события;

- вероятность события;

- теоремы о сумме и произведений вероятности событий. 

Дидактический процесс был ориентирован на усвоение выделенных теоретических основ и на формирования навыка решения типовых задач, представленных в Гл II §2. 

Проектирование процесса обучения осуществлялось в направлении реализации следующих методических положений:

- в начале изучения теории вероятностей рассмотрение основ теории, поиск решения задач целесообразно предварить постановкой опытов;

- формулировка определений основных теоретико-вероятностных понятий, формулы сложения и умножения вероятностей полезно, наряду с символической записью, представлять в виде наглядных схем;

- решение систем задач определенного типа важно обобщать выделением алгоритма. Дальнейшее решение задач проводится в рамках принятого алгоритма с определенной формой записи решения;

- предварительное решение специально подобранных задач способствует самостоятельному открытию учащимися теорем, их формулировок, выявлению способа доказательства теорем и проведению доказательства;

- целесообразно использование различных форм проведения учебных занятий: лекций, уроков-практикумов и других. 

На первом уроке проведенном в форме беседы с учащимися, были выделены 3 класса событий: достоверные, невозможные, случайные. Ребята с интересом приняли участие в беседе: приводили примеры событий, классифицировали предложенные учителем события, выделяли их в группы. На этом же уроке были представлены заранее подготовленные сообщения учеников на темы: "теория вероятностей как наука", "применение теории вероятностей". Было введено понятие вероятностного пространства. С целью подготовки введения этого понятия был проведен опыт, описанный в Гл II. §3. 

По окончанию опыта ребята сами выдвигали гипотезу о возможных множествах вероятностного пространства одного и того же испытания. Урок был интересен учащимся, так как работа была нетрадиционной; каждому ученику, была дана возможность лично убедится, в справедливости теоретических фактов. 

На втором уроке было рассмотрено классическое определение вероятности события. Урок был проведен в форме лекции, содержание которой составил материал, представленный в Гл. I. §5. 

На уроке был выявлен алгоритм решения задач по классическому определению вероятности. Очень продуктивной оказалась работа по геометрическому представлению формулы нахождения вероятности события по классическому определению, что помогло учащимся хорошо ее запомнить. Дальнейшее аналогичное интерпретирование теоретического материала позволяет учащимся систематизировать свои знания по теории вероятностей и успешно применять их при решении задач. 

Третий урок был посвящен решению задач по классическому определению вероятности. Дидактический материал представлен в Гл II. § 3. 

На четвертом и пятом уроках были изучены теоремы о сумме и произведении вероятности событий. При проведении этих уроков были использованы дидактические материалы, представленные в Гл II. § 3. 

На шестом уроке рассматривались решения задач на применение теории суммы и произведения вероятностей событий, дидактический материал для которого представлен в Гл II. § 3. 

На последнем седьмом уроке была проведена разработанная контрольная работа, представленная в приложении, с целью проверки качества знаний учащихся по теме "элементы теории вероятностей". 

Задания первого и второго уровней были предложены с целью проверки знаний формул теорем о сумме и произведении вероятностей событий. 

Задание третьего уровня преследует цель анализа знаний по классификации событий на достоверные, невозможные и случайные. 

Задание четвертого уровня направлено на проверку умения решать задачи по классическому определению вероятности. 

Большинство учащихся (57%) справилось с работой на "отлично", 32% - "на хорошо", остальные 11% - "на удовлетворительно". 

Анализируя результаты работы учеников, можно сделать вывод, что большая часть учащихся усвоила основные теоретико-вероятностные вопросы и умеет решать задачи с применением классического определения вероятности. 

Такие результаты возможно связанны с применением в процессе обучения разработанных методических рекомендаций. 




Заключение



На основе проведенного анализа психолого-педагогической и методической литературы, а так же проведенной опытно-экспериментальной работой можно сделать выводы. 

1. Основной целью изучения темы "элементы теории вероятностей" в классах с углубленным изучением математики как дедуктивной системе знаний; систематизация некоторых способов решения задач; создание условий для понимания основной идеи практической значимости теории вероятностей. 

2. Анализ содержания темы элементы теории вероятностей различных учебных пособий, предназначенных для изучения в школе, позволяет в качестве основного предложить учебное пособие под редакцией Н.Я. Виленкина [5], материал в котором изложен на высокой ступени абстракции, дедуктивно; система задач, в котором полна. 

3. При изучении теории вероятностей считаем целесообразным использование следующих методических рекомендаций:

- в начале изучения теории вероятностей рассмотрение основ теории, поиск решения задачи предварить постановкой опытов; 

- формулировки определений основных теоретико-вероятностных вопросов, формулы сложения и умножения возможностей на ряду с символической записью, представлять в виде наглядных схем; 

- решение систем задач определенного типа обобщать выделением алгоритма. Дальнейшее решение задач проводить в рамках принятого алгоритма с определенной формой записи решения; 

- предварительно подбирать задачи, способствующие самостоятельному открытию учащимися теорем их формулировок, выявлению способа доказательства теорем и проведению доказательства; 

- использовать различные формы проведения учебных занятий: лекций, уроков –практикумов и других. 


Список использованной литературы



1. Баженов М.А. Из опыта преподавания теории вероятностей // Математика в школе, 1972 №2. 

2. Вейц Б.Е. Элементы теории вероятностей и комбинаторика // Математика в школе, 1969 №1. 

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей – М.: Наука, 1964. 

4. Виленкин Н.Я. Алгебра 9 – М.: Просвещение, 1999. 

5. Виленкин Н.Я., Ивашев-Мусатов О.С., Шварцбург С.И. Алгебра и математический анализ 11 – М.: Просвещение, 1979. 

6. Виленкин Н.Я., Потапов Задачник – практикум по теории вероятностей с элементами комбинаторики и математической статистики: учебное пособие для студентов физико-математических факультетов 4курса – М.: Просвещение, 1979. 

7. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика – М.: Просвящение, 1988. 

8. Гнеденко Б.В. Теория вероятностей и математическая статистика – М.: Просвещение, 1974. 

9. Колмогоров А.Н. Теория вероятности и комбинаторика // Математика в школе 1968 №2, №3. 

10. Гнеденко Б.В., Хинчин А.Я. Элементарное введение в теорию вероятностей – М.: Наука, 1982. 

11. Журбенко А.Н. Введение в теорию вероятностей и комбинаторику // Математика в школе, 1968 №2. 

12. Колмогоров А.Н., Журбенко И.Г. Введение в теорию вероятностей – М.: Наука, 1982. 

13. Колмогоров А.Н. Введение в теорию вероятностей и комбинаторику // Математика в школе, 1968. 

14. Колягин М.Ю. и др. Методика преподавания математики в средней школе. Частные методики – М.: Просвещение, 1977. 

15. Колягин Ю.М., Текан В. В о прикладной и практической направленности обучения математике // Математика в школе, 1985 №6. 

16. Лютикас В.С. Факультативный курс по математике. Теория вероятностей – М.: Просвещение, 1999. 

17. Майстров Л.Е. Развитие понятия вероятности – М.: Наука, 1980. 

18. Программа для школ (классов) с углубленным изучением математики – М.: Просвещение, 1994. 

19. Савельев Л.Я. Комбинаторика и вероятность – М.: Наука, 1975. 

20. Солодовников А.С. Теория вероятностей – М.: Просвещение, 1978.