22

Лекция № 1

Предмет теории вероятностей

Теория вероятностей - это математическая наука, изучающая закономерности в массовых случайных явлениях.

Случайное явление - это такое явление, которое при неоднократном воспроизведении одного и того же опыта (испытания, эксперимента) протекает каждый раз несколько по-иному.

Примеры случайных явлений:

1. Одно и то же тело несколько раз взвешивается на весах, самых точных (аналитических). Результаты повторных испытаний - взвешиваний - несколько отличаются друг от друга. Это происходит за счет влияния многих факторов, как-то: положение тела и разновесок на чашках весов, вибрация аппаратуры, смещение головы и глаза наблюдателя и т.п.

2. Производится испытание изделия, например, реле на длительность безотказной работы. Результат испытания изменяется, не остается постоянным. Это обусловлено многими факторами, например, микродефекты в металле, разные температурные условия и т.д.

Закономерности случайных явлений могут проявляться только при их многократном наблюдении. Изучению поддаются только такие случайные явления, которые можно наблюдать много, практически неограниченное число раз. Такие случайные явления называются массовыми.

Результаты отдельных наблюдений случайных явлений непредсказуемы, но при многократных наблюдениях выявляются определенные закономерности. Эти закономерности и являются предметом изучения теории вероятностей (ТВ).

Возникновение теории вероятностей как науки относится к середине 17 века и связано с именами Паскаля (1623-1662), Ферма (1601-1665), Гюйгенса (1629-1695). Истинная история теории вероятностей начинается с работ Бернулли (1654-1705) и Муавра (1667-1754).

В 19 веке большой вклад в развитие теории и практики внесли Лаплас (1749-1827), Пуассон (1781-1840) и Гаусс (1777-1855). Следующий период в развитии теории вероятностей связан с именами Чебышева П.Л. (1821-1894), Маркова А.А. (1856-1922), Ляпунова А.М. (1857-1918).

Современный период развития связан с именами Колмогорова (1903-1987), Бернштейна (1880-1968), Мизеса (1883-1953) и Бореля (1871-1956). Теория вероятностей является мощным инструментом исследования. Находит большое число самых разнообразных применений в различных областях науки и инженерной практики.

Построение вероятностной математической модели случайного явления

Общим для всех случайных явлений является их непредсказуемость в отдельных наблюдениях. Для их описания и исследования необходимо построить математическую вероятностную модель. Для построения модели введем некоторые определения.

Опыт (эксперимент, испытание) - наблюдение какого-либо явления при выполнении определенных фиксированных условий.

Событие - факт, регистрируемый в результате опыта.

Случайное событие - такое событие, которое при проведении данного опыта может произойти, а может и не произойти. События обозначаются: A, B, C, D...

Пространство элементарных событий: для данного опыта всегда можно выделить совокупность случайных событий, называемых элементарными. В результате опыта обязательно происходит одно и только одно из элементарных событий.

Пример: Подбрасывается игральная кость. Может выпасть одна из граней с числом очков «1», «2», «3», «4», «5» или «6». Выпадение грани - элементарное событие. Элементарные события называют также исходами опыта. Совокупность всех возможных в данном опыте элементарных событий (исходов) называется пространством элементарных событий.

Обозначение: W={w_i}, где W - пространство элементарных событий w_i.

Таким образом, любому опыту можно поставить в соответствие пространство элементарных событий. Если производится наблюдение за неслучайным (детерминированным) явлением, то при фиксированных условиях всегда возможен лишь один исход. (W состоит из одного элементарного события). Если наблюдается случайное явление, то W состоит более чем одного элементарного события. W может содержать конечное, счетное или несчетное множество элементарных событий.

Примеры W :

• Подбрасывается игральная кость. Элементарное событие - выпадение какой-либо грани. W={1,2,3,4,5,6} - конечное множество.

• Измеряется число космических частиц, падающих на площадку за определенное время. Элементарное событие - число частиц. W={1,2,3...} - счетное множество.

• Производится стрельба по мишени без осечки бесконечно долго. Элементарное событие - попадание в некоторую точку пространства, координаты которой (x,y). W={(x,y)} - несчетное множество.

Выделение пространства элементарных событий представляет собой первый шаг в формировании вероятностной модели случайного явления.