Rachunek prawdopodobieństwa
1. Podstawowe pojęcia rachunku prawdopodobieństwa
W manuskryptach średniowiecznych można znaleźć zapisany problem, zwany zadaniem o podziale stawki. Wyobraźmy sobie, że dwaj gracze i umówili się, że kwotę np. zdobędzie ten, kto pierwszy wygra trzy partie (przy czym remisy uznaje się jako partie nierozstrzygnięte).
Grę musiano przerwać, gdy wygrał dwie partie, a jedną. Jak zatem należy podzielić ustaloną kwotę?

Autor: Caravaggio
Rok wykonania: 1597
Jakie masz propozycje?
Jeden z włoskich piętnastowiecznych matematyków L. Pacioli zaproponował, aby podzielić ustaloną kwotę proporcjonalnie do liczby rozegranych partii.
Natomiast w r. francuscy matematycy B. Pascal i P. Fermat podali inne rozwiązanie. Ustaloną kwotę należy podzielić proporcjonalnie do prawdopodobieństwa wygranej w grze, tak jak gdyby jej nie przerwano. Pascal podał również wzór ogólny na podział ustalonej stawki. Jaki – pozostawiamy Twojej dociekliwości.
Teraz rozpoczniesz dopiero zgłębianie tajemnic rachunku prawdopodobieństwa. Poznasz kilka podstawowych pojęć i zależności.
Podasz przykłady doświadczeń losowych.
Określisz zbiór zdarzeń elementarnych danego doświadczenia losowego.
Rozpoznasz zdarzenia pewne oraz zdarzenia niemożliwe.
Określisz zdarzenia sprzyjające danemu zdarzeniu.
Doświadczenie losowe
Rachunek prawdopodobieństwa zajmuje się analizą praw rządzących zjawiskami przypadkowymi, czyli takimi, których wyniku nie da się przewidzieć. Do zdarzeń nieprzewidywalnych należy na przykład rzut monetą, czy wyciągnięcie karty z talii.
O dwóch doświadczeniach przebiegających w identycznych warunkach, mających te same zbiory kontrolowanych przyczyn, mówimy, że są identyczne. Doświadczenie, które można przeprowadzić dowolnie wiele razy, nazywamy doświadczeniem powtarzalnym.
Masa przedmiotu jest stała. Doświadczenie polegające na pomiarze masy danego przedmiotu jest doświadczeniem powtarzalnym.
Pomiar czasu palenia się danej świecy jest zdarzeniem niepowtarzalnym, bo świeca ulegnie spaleniu po pierwszym doświadczeniu.
Zjawiska polegające na przeprowadzaniu dużej liczby tych samych doświadczeń, nazywamy zjawiskami masowymi.
W rachunku prawdopodobieństwa jednym z podstawowych pojęć jest doświadczenie losowe.
Doświadczenie losowe, to doświadczenie, które może być powtarzane dowolnie wiele razy w identycznych (lub zbliżonych) warunkach i którego wyniku nie daje się jednoznacznie przewidzieć.
Wynik doświadczenia losowego będziemy nazywać zdarzeniem losowym (krótko: zdarzeniem).
Przykłady zdarzeń losowych:
wyciągnięcie asa z talii kart,
uzyskanie liczby oczek większej od w rzucie kością do gry,
wypadnięcie dwóch orłów w rzucie dwoma monetami.
Zbiór zdarzeń elementarnych
Pojedyncze (najprostsze) wyniki danego doświadczenia nazywać będziemy zdarzeniami elementarnymi.
Zdarzenie elementarne oznaczać będziemy zwykle literą omega: .
Na przykład w rzucie kostką zdarzenia elementarne to wszystkie możliwe liczby oczek, które mogą wypaść w jednym rzucie.
W rachunku prawdopodobieństwa zdarzenie elementarne jest pojęciem pierwotnym, czyli niedefiniowalnym.
Zdarzenia elementarne danego doświadczenia losowego mają następujące własności:
dane zdarzenie może zajść lub nie,
zajście jednego zdarzenia wyklucza zajście innego zdarzenia,
jedno ze zdarzeń na pewno zajdzie.
Zbiór wszystkich możliwych zdarzeń elementarnych dla danego doświadczenia losowego nazywamy zbiorem zdarzeń elementarnych (przestrzenią zdarzeń elementarnych).
Zbiór zdarzeń elementarnych będziemy oznaczać: . Do naszych celów przyjmiemy, że zbiór ten jest zbiorem skończonym.
Liczbę elementów tego zbioru (moc zbioru), będziemy oznaczać jako .
Doświadczenie polega na rzucie symetryczną kostką do gry.
Zbiór zdarzeń elementarnych dla tego doświadczenia:
gdzie:
– wypadnięcie jednego oczka,
– wypadnięcie dwóch oczek,
– wypadnięcie oczek, itd.
Zatem: .
Z pudła, w którym znajduje się jedna kula biała, jedna kula zielona i jedna kula niebieska, losujemy jedną kulę.
Zbiór zdarzeń elementarnych dla tego doświadczenia:
gdzie:
– wylosowanie kuli białej,
– wylosowanie kuli zielonej,
– wylosowanie kuli niebieskiej.
Zatem: .
Doświadczenie polega na dwukrotnym rzucie monetą.
Zbiór zdarzeń elementarnych dla tego doświadczenia:
gdzie:
– wyrzucenie orła za pierwszym i drugim razem,
– wyrzucenie za pierwszym razem orła, za drugim reszki,
– wyrzucenie za pierwszym razem reszki, za drugim orła,
– wyrzucenie reszki za pierwszym i drugim razem.
Zauważmy, że zbiór zdarzeń elementarnych ma postać par uporządkowanych.
Zatem .
Zdarzenie losowe
Każdy podzbiór zbioru zdarzeń elementarnych nazywamy zdarzeniem losowym (zdarzeniem).
Zdarzenia losowe oznaczać będziemy wielkimi literami alfabetu:
Niech oznacza zdarzenie: w rzucie symetryczną kostką do gry wypadła liczba oczek większa od .
Powiemy, że zachodzi zdarzenie , gdy wypadło lub oczek.
Ponieważ , gdzie , zatem jest podzbiorem zbioru wszystkich zdarzeń elementarnych .
Elementy zbioru nazywamy wynikami sprzyjającymi zdarzeniu .
W tym samym doświadczeniu losowym różne zdarzenia losowezdarzenia losowe mogą zawierać różne zbiory wyników. Na przykład w rzucie symetryczną kostką do gry.
– wypadła liczba oczek podzielna przez ,
– wypadła nieparzysta liczba oczek,
– wypadła liczba oczek mniejsza od .
Zdarzeniem pewnym , gdzie , nazywamy zdarzenie losowe, któremu sprzyjają wszystkie zdarzenia elementarne, tworzące zbiór .
Zauważmy, że jeśli zdarzenie losowezdarzenie losowe jest zdarzeniem pewnym, to .
Zdarzeniem niemożliwym , gdzie , nazywamy zdarzenie losowe, któremu nie sprzyjają żadne zdarzenia elementarne, tworzące zbiór .
Zauważmy, że jeśli zdarzenie losowe jest zdarzeniem niemożliwym, to .
W rzucie symetryczną kostką do gry:
zdarzenie pewne: wyrzucenie liczby oczek mniejszej od ,
zdarzenie niemożliwe: wyrzucenie liczby oczek większej od .
Ze zbioru losujemy dwie cyfry i tworzymy z nich liczbę dwucyfrową.
Zdarzenie pewne: utworzona liczba jest nieparzysta.
Zdarzenie niemożliwe: utworzona liczba jest podzielna przez .
Animacja multimedialna
Zapoznaj się z filmem edukacyjnym, który pokazuje historię i współczesne znaczenie rachunku prawdopodobieństwa.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1SmrW8SCEW9I
Film nawiązujący do treści materiału dotyczącej podstawowych zagadnień rachunku prawdopodobieństwa.
W danej przestrzeni zdarzeń elementarnych istnieje tylko jedno zdarzenie pewne. Można je jednak opisać na różne sposoby. Rozważmy doświadczenie losowe: z pudła zawierającego kule ponumerowane , , , losujemy jedną kulę. Określ przestrzeń zdarzeń elementarnych dla tego doświadczenia oraz zdarzenie pewne i opisz je na co najmniej dwa sposoby.
Zestaw ćwiczeń interaktywnych
- Rzut trzema monetami: moc zbioru omega równa się Tu uzupełnij.
- Rzut trzema symetrycznymi kostkami do gry: moc zbioru omega równa się Tu uzupełnij.
- Tworzenie ze zbioru cyfr nawias, jeden, przecinek, trzy, przecinek, siedem, przecinek, dziewięć, zamknięcie nawiasu liczb trzycyfrowych o niepowtarzających się cyfrach: moc zbioru omega równa się Tu uzupełnij.
- Tworzenie liczb pięciocyfrowych z cyfr: zero, sześć, siedem, osiem, dziewięć, przestawiając te cyfry w dowolny sposób: moc zbioru omega równa się Tu uzupełnij.
Połącz w pary opis zdarzenia i sprzyjające mu zdarzenia elementarne. Suma uzyskanych liczb jest sześcianem liczby naturalnej. Możliwe odpowiedzi: 1. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 2. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, trzy, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 3. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, pięć, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 4. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego Iloczyn uzyskanych liczb jest liczba pierwszą. Możliwe odpowiedzi: 1. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 2. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, trzy, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 3. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, pięć, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 4. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego Wartość bezwzględna różnicy uzyskanych liczb jest równa jeden. Możliwe odpowiedzi: 1. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 2. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, trzy, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 3. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, pięć, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 4. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego Iloczyn uzyskanych liczb jest większy od dwadzieścia. Możliwe odpowiedzi: 1. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, jeden, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 2. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, trzy, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, pięć, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 3. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, pięć, przecinek, pięć, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego, 4. A, równa się, nawias klamrowy, nawias, jeden, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, jeden, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, trzy, przecinek, dwa, zamknięcie nawiasu, przecinek, nawias, dwa, przecinek, trzy, zamknięcie nawiasu, zamknięcie nawiasu klamrowego
Trzej strzelcy strzelają do jednego celu. Strzał celu oznaczamy liczbą , a niecelny liczbą .
Zdarzeniem elementarnym jest trójwyrazowy ciąg strzałów oddanych przez strzelców. Zapisz zbiór zdarzeń sprzyjających zdarzeniu – cel został co najmniej raz trafiony.
Zbiór zdarzeń elementarnych dla pewnego doświadczenia opisany jest następująco:
Wypisz wszystkie zdarzenia elementarne należące do tego zbioru.
Słownik
każdy podzbiór zbioru zdarzeń elementarnych