§6. Схема испытаний бернулли

Формула Бернулли

Пусть производятся п независимых испытаний, в каждом из которых может произойти некоторое событие А (по традиции такой исход опыта называют успехом) с одной и той же вероятностью Р(А) = р или произойти противоположное событие (такой исход называют неудачей) с вероятностью Р(А) = q = 1—р (такого рода схема испытаний называется схемой Бернулли). Тогда вероятность того, что событие А наступит ровно m раз находится по формуле Бернулли:

, m = 0, 1, 2, …, n.

Отсюда, в частности, следует, что вероятность того, что в п испытаниях, удовлетворяющих схеме Бернулли, событие А наступит:

а) менее m раз – равна :

б) более т раз — равна .

в) хотя бы один раз — равна ;

г) не менее m₁ раз и не более m₂ раз равна

Число m₀ ( ) называется наивероятнейшим числом наступлений события А (или наиболее вероятным числом успехов) в схеме Бернулли, если для всех т = 0, 1, 2, …, n. Если вероятности р и q отличны от нуля, то число m₀ определятся из двойного неравенства

Если в каждом из п независимых испытаний вероятность наступления события А равна p_i (числа p_i, вообще говоря, разные), то вероятность того, что в этой серии испытаний событие А наступит m раз, равна коэффициенту при m-й степени (т. е. при z^m) многочлена

Функция при этом называется производящей функцией.

6.1. Игральную кость подбрасывают 10 раз. Найти вероятность того, что шестерка выпадет: а) два раза; б) не более восьми раз; в) хотя бы один раз.

О Проводится 10 независимых испытаний, Каждое испытание имеет два исхода: шестерка выпадет и шестерка не выпадет. Вероятность выпадения шестерки в каждом испытании постоянна и равна 1/6, те. р = 1/6. Таки образом, мы имеем дело со схемой Бернулли. Для нахождения искомых вероятностей применим формулу Бернулли.

а) Здесь п = 10, т = 2, р = 1/6, q = 1— 1/6 = 5/6 . Отсюда

б) Искомая вероятность равна

Однако в этом случае проще найти вероятность противоположного события шестерка выпадет более 8 раз, т. е. выпадет 9 или 10 раз. Имеем:

Итак, вероятность того, что шестерка выпадет не более восьми раз, равна

в) Искомая вероятность равна Ее можно найти и так (что, конечно, гораздо сложнее):

или

6.2. Всхожесть семян данного сорта растений составляет 70%. Найти наивероятнейшее число вcхожих семян в партии из 240 семян.

О Наивероятнейшее число m₀ всхожих семян находим из условия .

Поскольку п = 240, р = 0,7 и q = 0,3 то т.е. Отсюда следует, что m₀ = 168.

6.3. Прибор состоит из 3 независимо работающих элементов. Вероятности отказов элементов за время t различны и соответственно равны: р₁ = 0,1, р₂ = 0,2, р₃ = 0,3. Найти вероятности того, что за время t откажут:

а) все элементы; б) два элемента; в) один элемент, г) ноль элементов.

О Так как р₁ = 0,1, р₂ = 0,2, р₃ = 0,3, то вероятности того, что элементы не откажут, соответственно равны: q₁= 0,9, q₂ = 0,8, q₃ = 0,7. Составим производящую функцию:

Отсюда следует, что:

а) Р₃(3) = 0,006; б) Р₃(2) = 0,092;

в) Р₃(1) = 0,398; г) Р₃(0) = 0,504.

6.4. По мишени произведено 3 выстрела. Вероятность попадания при каждом выстреле равна 0,7. Найти вероятность п попаданий в мишень, где n = 0, 1, 2, 3.

6.5. Тест содержит 10 вопросов, на которые следует отвечать, используя одно из двух слов: да, нет. Какова вероятность получения не менее 80% правильных ответов, если использовать «метод угадывания»?

6.6. Пусть вероятность того, что студент опоздает на лекцию, равна 0,08. Найти наиболее вероятное число опоздавших из 96 студентов.

6.7. В ящике находится 70% стандартных и 30% нестандартных де талей. Найти вероятность того, что из 5 взятых наудачу деталей не более одной окажется нестандартными.

6.8. Корабль выходит из строя, если получит не менее 5 попадания в надводную часть или 2 попадания в подводную часть. Найти вероятность выхода из строя корабля при 5 попаданиях, если вероятности попадания в надводную и подводную части при попадании в корабль относятся как семь к трем.

6.9. В семье 6 детей. Найти вероятность того, что в данной семье не менее двух мальчиков, но не более четырех. Считать вероятности рождения мальчика и девочки равными 0,5.

6.10. В помещении 6 электролампочек. Вероятность того, что каждая лампочка останется исправной в течение года равна 0,7. Найти:

а) вероятность того что в течение года придется заменить 2 лампочки;

б) наивероятнейшее число лампочек, которые будут работать в течение года.

10