Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Теория вероятностей и математическая статистика. Практикум

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
1
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Сочинский государственный университет»
А.М. Игнатенко
ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА
Практикум для студентов-бакалавров
по направлению подготовки 09.03.03
«Прикладная информатика»
Сочи - РИЦ ФГБОУ ВО «СГУ» - 2024
2
УДК 519
Рекомендовано к печати
кафедрой информационных технологий и математики
(протокол № 11 от 05 июля 2024 г.)
Рецензент
кандидат физико-математических наук, доцент
Е.И. Улитина
Макарова И.Л., Игнатенко А.М. ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА:
практикум / сост.: И.Л. Макарова, А.М. Игнатенко. – Сочи: РИЦ ФГБОУ ВО «СГУ»,
2024. – 54 с.
Настоящее учебное пособие содержит необходимые сведения и формулы теории
вероятностей и математической статистики, изложение основ технологии анализа данных на компьютере средствами Libre-Office Calc, примеры решения типовых задач, задачи для самостоятельного изучения, контрольные вопросы.
Материал структурирован таким образом, чтобы обеспечить возможность
построения индивидуальной траектории обучения в зависимости от уровня подготовленности обучаемых и педагогических задач, поставленных преподавателем.
Пособие предназначено для организации учебного процесса и самостоятельной
работы студентов при изучении курса теории вероятностей и математической статистики.
Для студентов-бакалавров по направлению подготовки 09.03.03 «Прикладная
информатика»
УДК 519
©ФГБОУ ВО «СГУ», 2024
©Макарова И.Л., Игнатенко А.М., сост., 2024
©Оформление. РИЦ ФГБОУ ВО «СГУ», 2024
Учебно-практическое издание
Макарова Ирина Леонидовна, Игнатенко Анна Михайловна
ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА
Практикум для студентов-бакалавров
по направлению подготовки 09.03.03 «Прикладная информатика»
В авторской редакции
Подписано в печать 15.11.2024.
Формат 29,7 х 42/4. Бумага офсетная.
Печать трафаретная. Гарнитура Times New Roman.
Уч.-изд. л. 2,0. Усл. печ. л. 2,6. Тираж 15 экз.
Редакционно-издательский центр ФГБОУ ВО «СГУ».
354000, г. Сочи, ул. Пластунская, 94. Тел. 268-25-73.
Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии РИЦ ФГБОУ ВО «СГУ».
354000, г. Сочи, ул. Пластунская, 94.
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………..
4
1. Теория вероятностей…………………………………………………..
5
1.1. Элементы комбинаторики…………………………………………..
5
1.2. Вероятность случайного события. Сложение и умножение
вероятностей………………………………………………………………
9
1.3. Формула полной вероятности. Формула Байеса…………………..
14
1.4. Последовательность независимых испытаний. Схема Бернулли ..
16
1.5. Случайная величина. Закон распределения………………………..
21
1.6. Числовые характеристики случайных величин……………………
28
2. Математическая статистика…………………………………………..
33
2.1. Выборка. Вариационный ряд. Полигон. Гистограмма……………
33
2.2. Статистические оценки. Проверка статистических гипотез. …….
40
3. Статистические таблицы………………………………………………
49
Заключение………………………………………………………………..
53
Список литературы……………………………………………………….
54
4
ВВЕДЕНИЕ
Теория вероятностей играет важную роль в естественно-научных,
инженерно-технических и гуманитарных исследованиях. Необходимость её изучения определяется современным уровнем развития науки и техники, переходом к цифровой экономике, требованием общей культуры.
Необходимость применения персональных компьютеров в процессе принятия управленческих решений в наше время показала, что, к сожалению, не все специалисты владеют простым и доступным даже непрофессиональным программистам средством решения задач теории вероятностей. Это средство – табличный процессор Libre-Office. Для успешного решения задач с помощью Libre-Office Calc необходимо знать основные идеи и методы теории вероятностей, условия их применения.
Цель курса – помочь студентам усвоить элементы теории вероятностей и методы поиска решений её задач с использованием Libre-Office Calc, дающие возможность оперативно и на современном уровне принимать решения в будущей деятельности.
Курс исключает разрыв между математической и компьютерной подготовкой и обеспечивает тесную связь обучения математическим методам с общепрофессиональной подготовкой специалиста.
Усвоение курса позволит будущим специалистам исследовать математические модели, решать задачи в условиях риска и принимать необходимые управленческие решения.
5
1 ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
1.1 ЭЛЕМЕНТЫ КОМБИНАТОРИКИ
Комбинаторика – это раздел математики, посвященный решению задач
выбора и расположения элементов некоторого, обычно конечного, множества в соответствии с заданными правилами и определения числа возможных комбинаций соответствующих подмножеств.
Каждое правило комбинаторики определяет способ построения
некоторого подмножества из элементов множества. Простейшими примерами комбинаторных правил являются перестановки, сочетания и размещения.
Перестановками из n элементов называется любое упорядоченное множество, в которое входят по одному разу все n различных элементов данного множества.
Число перестановок из n элементов определяют по формуле:
!nPn
Если имеется множество из n элементов, среди которых n1 одинаковых (неразличимых) элементов первого рода, n2 – второго рода, nk – k-го рода, причем n1 + n2 +…+nk = n, то число различных перестановок с повторениями составит
!!!
!
,,,
21
21
k
kn
nnn
n
nnnP
Размещением из n элементов по m называют любое упорядоченное подмножество из m элементов множества, состоящего из n различных элементов.
Число размещений из n элементов по m определяется по формуле:

!
!
121
mn
n
mnnnnA
m
n
Сочетанием из n элементов по m называют любое подмножество из m элементов множества, состоящего из n различных элементов.
Число сочетаний из n элементов по m определяют по формуле:


121
121
!!
!
mmm
mnnnn
mmn
n
P
A
C
m
m
n
m
n
Правило умножения: если требуется одно за другим выполнить какие­либо k действий, которые могут быть выполнены соответственно k1, k2, …, kk способами, то все k действий вместе могут быть выполнены
k
kkkn
21
.
6
Правило сложения: если два взаимоисключающие друг друга действия могут быть выполнены соответственно k1 и k2 способами, то выполнение одного из них возможно
21
kkk
способами.
Название
Формула
Функция Excel
Перестановки
 
ФАКТР(n)
Перестановки с
повторением
!!!
!
,,,
21
21
k
kn
nnn
n
nnnP
󰇛󰇜
󰇛󰇜   󰇛󰇜
Размещения

󰇛
  󰇜
ПЕРЕСТ(n,m)
Размещения с
повторением


Сочетания

 󰇛  󰇜
ЧКОМБ(n,m)
Сочетания с
повторениями
ЧКОМБА(n,m)
Правило сложения
21
kkk
Правило
умножения
k
kkkn
21
П р им е р 1. К кассе за заработной платой подошли одновременно 5 человек. Сколькими способами они могут выстроиться в очередь?
Р е ше н и е :
.12012345!5
5
P
П р им е р 2. Найти число различных восьмизначных чисел, составленных из 5, 5, 5, 7, 7, 7, 7, 9. Р е ше н и е :
.280
11234123
12345678
!1!4!3
!8
1,4,3
,,1,4,3,8
8
321321
P
nnnnnnnn
7
П р им е р 3.В магазине имеются 4 вида пирожных. Сколькими способами можно купить семь пирожных? Р е ше н и е : Задача сводится к перестановкам с повторениями. Зашифруем каждый способ покупки цифрами 1 и 0. Сначала запишем столько единиц, сколько куплено пирожных 1-го сорта, затем ставим 0 для перехода к следующему виду. Потом 1 – сколько 2-го сорта, затем 0, и т.д.
Получили шифр 1111010101. n1=7 (единиц), n2=3 (нулей), n=10
П р им е р 4 . Старушка забыла две последние цифры телефонного номера, но знает, что они различны. Сколько различных комбинаций цифр возможно при наборе забытого номера? Р е ше н и е: Число цифр на клавиатуре телефона
10,0,9,,3,2,1 n
.
Производим отбор из 10 по 2 различные цифры, причем важен порядок их размещения. Следовательно, имеем размещение
1111 0 1 0 1 0 1
8
П р им е р 5. Сколько существует четырехсимвольных кодов (шифров сейфа) с использованием только цифр?
Р е ше н и е : n=10, m=4, поэтому различных кодов будет .
П р им е р 6. Сколько различных символов можно записать кодом размером в
один байт? Р е ше н и е : n=2, m=8, поэтому различных символов с кодом размером в
один байт будет .
П р им е р 7. Сколько существует вариантов составить делегацию в количестве 4-х человек из 10 кандидатов? Р е ше н и е : n=10, m=4, поэтому различных делегаций будет равно 210. П рим е р 8 . Найти количество вариантов заполнить карточку лотереи «6 из 49».
Р е ше н и е : n=49, m=6, число вариантов будет


Задачи
1. Сколькими способами можно составить флаг, состоящий их трех горизонтальных полос различного цвета, если имеется материал пяти различных цветов?
2. Четыре студента сдали экзамен на положительные оценки. Сколько возможно вариантов распределения оценок?
3. В продаже имеется три вида коробок конфет. Сколькими способами можно заказать набор из пяти коробок?
9
4. Сколько различных экзаменационных комиссий, состоящих из семи членов, может быть образовано из 10 преподавателей?
5. Сколькими способами можно 10 одинаковых подарков распределить между шестью детьми так, чтобы каждый ребенок получил хотя бы один подарок?
6. Восемь эстрадных коллективов жеребьевкой определяют очередность своего выступления. Сколько возможно комбинаций последовательности их выступлений?
7. Лифт в шестиэтажной гостинице отправляется с цокольного этажа вверх с тремя пассажирами. Найти число вариантов распределения пассажиров по пяти верхним этажам, если на каждом этаже выходит не более одного пассажира.
8. Во взводе три сержанта и 24 солдата. Сколькими способами можно выделить одного сержанта и 3-х солдат для патрулирования?
9. Буквы азбуки Морзе представляют собой набор «точка» и «тире». Сколько букв может быть в слове такой азбуки, если буква не должна содержать более
4-х знаков?
10. Стройуправлением получены 6 одинаковых вагончиков. Сколькими способами можно распределить вагончики между 8-мью стройплощадками?
Контрольные вопросы
1. Определение и значение комбинаторики
2. Что такое перестановка и перестановка с повторяющимися элементами?
3. Как вычислить п!?
4. Как вычислить число перестановок?
5. Что называется размещением?
6. Как вычислить число размещений из п элементов по т.
7. Определите понятие «сочетание».
8. Как связаны числа сочетаний, размещений и перестановок?
9. Правило сложения вариантов.
10.Правило умножения вариантов.
1.2 ВЕРОЯТНОСТЬ СЛУЧАЙНОГО СОБЫТИЯ. СЛОЖЕНИЕ И УМНОЖЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
Наблюдаемые нами события (явления) можно подразделить на следующие три вида: достоверные, невозможные и случайные.
Достоверным называют событие, которое обязательно произойдет, если будет осуществлена определенная совокупность условий S.
Невозможным называют событие, которое заведомо не произойдет, если будет осуществлена совокупность условий S.
Случайным называют событие, которое при осуществлении совокупности условий S может либо произойти, либо не произойти.
10
Предметом теории вероятностей является изучение вероятностных закономерностей массовых однородных случайных событий.
События называют несовместными, если появление одного из них исключает появление других событий в одном и том же испытании.
Несколько событий образуют полную группу, если в результате испытания появится хотя бы одно из них. Другими словами, появление хотя бы одного из событий полной группы есть достоверное событие.
События называют равновозможными, если есть основания считать, что ни одно из этих событий не является более возможным, чем другие.
Каждый из равновозможных результатов испытания называется
элементарным исходом.
Классическое определение вероятности: вероятностью события А называют отношение числа благоприятствующих этому событию исходов к общему числу всех равновозможных несовместных элементарных исходов, образующих полную группу.
Таким образом, вероятность события А определяется формулой 󰇛󰇜
,
где m – число элементарных исходов, благоприятствующих событию А, n – число всех возможных элементарных исходов испытания.
Одним из недостатков классического определения вероятности является то, что оно неприменимо к испытаниям с бесконечным числом исходов.
Геометрическое определение вероятности обобщает классическое на случай бесконечного числа элементарных исходов и представляет собой вероятность попадания точки в область (отрезок, часть плоскости и т.д.).
Таким образом, вероятность события А определяется формулой 󰇛󰇜
󰇛󰇜 󰇛󰇜
, где 󰇛󰇜– мера множества A (длина, площадь, объем); 󰇛󰇜– мера
пространства элементарных событий.
Относительная частота, наряду с вероятностью, принадлежит к основным понятиям теории вероятностей.
Относительной частотой события называют отношение числа испытаний, в которых событие появилось, к общему числу фактически произведенных испытаний.
Таким образом, относительная частота события А определяется формулой
󰇛󰇜
, где m – число появлений события, n – общее число испытаний.
Еще одним недостатком классического определения вероятности следует считать то, что трудно указать основания, позволяющие считать элементарные события равновозможными. По этой причине наряду с классическим определением пользуются также статистическим определением вероятности, принимая за вероятность события относительную частоту или число, близкое к ней.
Теорема умножения: Вероятность произведения двух событий равна произведению вероятности одного на условную вероятность другого:
ABpApBAp /
или
BApBpBAp /
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]