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概率相关知识的发展认识

2018-06-05王俊

初中生世界·八年级 2018年4期
关键词:伯努利数学家古典

王俊

教材里“认识概率”这一章介绍了概率的两种计算方法:一是用列举法来求概率;二是用频率来估计概率.这其实就是数学史上概率的古典定义和统计定义.

一、概率的古典定義

古典定义中的“古典”表明了这种定义起源的古老.它源于赌博、博弈等多种多样的形式,但是它的前提是“公平”,即“机会均等”,而这正是古典定义适用的重要条件:同等可能.16世纪意大利数学家卡尔丹(1501—1576)所说的“诚实的骰子”就道明了这一点.在之后约三百年的时间里,帕斯卡、费马、伯努利等数学家都在古典概率的计算、公式推导和扩大应用等方面做了重要的工作.直到1812年,法国数学家拉普拉斯(1749—1827)在《概率的分析理论》中给出了概率的古典定义:事件A的概率等于一次试验中有利于事件A的可能结果数与该事件中所有可能结果数之比.古典定义通过简单明了的方式定义了事件的概率,并给出了简单可行的算法.

二、概率的统计定义

概率的古典定义虽然简单直观,但是适用范围有限.正如伯努利所说:“这种方法仅适用于极罕见的现象.”因此,他通过观察来确定结果数目的比例,并且认为“即使是没受过教育和训练的人,凭天生的直觉,也会清楚地知道,观测的次数越多,发生错误的风险就越小”.虽然原理简单,但是其科学证明并不简单,在古典概型下,伯努利证实了这一点,即“当试验次数愈来愈大时,频率接近概率”.

事实上,这不仅仅对于古典概型适用,人们确信“从现实中观察的频率稳定性”是一个普遍规律.1919年,德国数学家冯·米塞斯(1883—1953)在《概率论基础研究》一书中提出了概率的统计定义:在做大量重复试验时,随着试验次数的增加,某个事件出现的频率总是在一个固定数值的附近摆动,显示出一定的稳定性.他把这个固定的数值定义为这一个事件的概率.虽然统计定义不能像古典定义那样确切地算出概率,但是却给出了一个估计概率的方法.而且,它不再需要“等可能”的条件,因此,从应用的角度来讲,它的适用范围更广.

三、有趣的概率问题

概率是数学学习里实用性很强的内容.不论是今天的趣味数学题里的基础题目还是大学里的统计学,都会用到概率的内容.下面有一道趣味数学题,大家不妨来试一试!

两个人出相同的钱玩掷双骰子的游戏,约定谁先掷出5次“双6”谁就获得所有的钱.经过一段时间的游戏,甲掷出了4次“双6”,乙掷出了3次“双6”,但是此时甲、乙两人不想再继续这个游戏,请问钱应该怎么分配才公平?

甲获得总额的[3/4],乙获得总额的[1/4].注意到两点:(1)甲、乙双方掷出“双6”的概率均为[1/36];(2)如果掷出的不是“双6”,则这对双方都没有影响.此题目和下面的题目是一样的:两人玩游戏约定谁先赢5次谁就赢走所有的钱,输赢概率一样.经过一段时间后,甲赢了4次,乙赢了3次,如果现在终止游戏,赌资怎么分配才合理?

显然,通过以上趣味实例,我们可以发现古典概率应用范围较为广泛,但在计算中,有些情况不容易将其全面考虑,会出现多算、漏算的错误.总之,采用什么方法进行解题,取决于实际的题目背景,然后再巧妙灵活地运用合适的方法.

(作者单位:江苏省无锡市新吴实验中学)

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