内容正文:
7.1 条件概率与全概率公式
7.1.2 全概率公式
第七章 随机变量及其应用
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第七章 随机变量及其分布
数学 选择性必修 第三册
课前 预习学案
01
课堂 互动学案
02
课后 素养提升
03
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课时作业
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第七章 随机变量及其分布
数学 选择性必修 第三册
课程标准
素养解读
1.理解并掌握全概率公式
2.了解贝叶斯公式
3.会用全概率公式及贝叶斯公式解题
1.通过学习全概率公式及贝叶斯公式,体会逻辑推理的数学素养
2.借助全概率公式及贝叶斯公式解题,提升数学运算的素养
[情境引入]
有三个罐子,1号装有2红球1黑球,2号装有3红球1黑球,3号装有2红球2黑球.某人从中随机取一罐,再从中任意取出一球,求取得红球的概率.
问题:如何求取得红球的概率?
[知识梳理]
[知识点一] 全概率公式
1.公式:一般地,设A1,A2,…An是一组两两互斥的事件,A1∪A2∪…∪An=Ω,且P(Ai)>0,i=1,2,…,n,则对任意的事件B⊆Ω,有P(B)=eq \o(∑,\s\up16(n))eq \o( ,\s\do-2(i=1))P(Ai)P(B|Ai) .
2.特点:①任意两个事件均互斥,即AiAj=∅,i,j=1,2,…,n,i≠j;
②A1+A2+…+An=Ω;
③P(Ai)>0,i=1,2,…,n.
则对Ω中的任意事件B,都有B=BA1+BA2+…+BAn,且P(B)= eq \o(∑,\s\up16 (n))eq \o( ,\s\do4(i=1)) P(BAi) = eq \o(∑,\s\up16(n))eq \o( ,\s\do4(i=1)) P(Ai)P(B|Ai) .
3.全概率公式求概率的关注点
(1)实质:为了求复杂事件的概率,往往可以把它分解成若干个互斥的简单事件之和,然后利用条件概率和乘法公式,求出这些简单事件的概率,最后利用概率可加性,得到最终结果.
(2)应用:把事件B看作某一过程的结果,把A1,A2,…,An看作该过程的若干个原因,根据历史资料,每一原因发生的概率(即P(An))已知,而且每一原因对结果的影响程度(即P(B|An))已知,则可用全概率公式计算结果发生的概率(即P(B)).
全概率公式体现了哪种数学思想?
提示:全概率公式体现了转化与化归的数学思想,即采用化整为零的方式,把各块的概率分别求出,再相加求和即可.
[知识点二] 贝叶斯公式
1.公式:设A1,A2,…,An是一组两两互斥的事件,A1∪A2∪…∪An=Ω,且P(Ai)>0,i=1,2,…,则对任意的事件B⊆Ω,P(B)>0,有P(Ai|B)= eq \f(PAiPB|Ai,PB) = eq \f(PAiPB|Ai,\o(∑,\s\up16(n))\o( ,\s\do4(k=1))PAkPB|Ak) .
2.特点:(1)任意两个事件均互斥,即AiAj=∅,i,j=1,2,…,n,i≠j;
(2)A1+A2+…+An=Ω;
(3)1>P(Ai)>0,i=1,2,…,n,则对Ω中的任意概率非零的事件B,有P(Ai|B)=eq \f(PAiPB|Ai,PB)= eq \f(PAiPB|Ai,\o(∑,\s\up16(n))\o( ,\s\do4(k=1))PAkPB|Ak) .
[预习自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”).
(1)P(A)=P(B)P(A|B)+P(eq \x\to(B))P(A|eq \x\to(B)).( √ )
(2)P(B)=P(A)P(B|A)+P(A)P(eq \x\to(B)|A).( × )
(3)P(A|B)=eq \f(PAB,PB)=eq \f(PBPA|B,PAPB|A).( × )
2.已知事件A,B,且P(A)=eq \f(1,3),P(B|A)=eq \f(1,5),P(B|eq \x\to(A))=eq \f(2,5),则P(B)等于( )
A.eq \f(3,5) B.eq \f(1,5) C.eq \f(1,3) D.eq \f(1,15)
解析:C [P(B)=P(A)P(B|A)+P(eq \x\to(A))P(B|eq \x\to(A))
=eq \f(1,3)×eq \f(1,5)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,3)))×eq \f(2,5)=eq \f(1,3).故选C.]
3.质量调查发现,某市场供应的智能手机中,市场占有率和优质率的信息如下表:
品牌
甲
乙
其他
市场占有率
50%
30%
20%
优质率
95%
90%
70%
在该市场中任意购买一部智能手机,则买到的是优质品的概率为( )
A.99.5%
B.88.5%
C.98.5%
D.87.5%
解析:B [设Ai(i=1,2,3)分别表示买到的智能手机为甲品牌、乙品牌、其他品牌,B:是优质品,则P(A1)=50%,P(A2)=30%,P(A3)=20%,且P(B|A1)=95%,P(B|A2)=90%,P(B|A3)=70%,所以,由全概率公式可知,P(B)=P(A1)·P(B|A1)+P(A2)·P(B|A2)+P(A3)·P(B|A3)=50%×95%+30%×90%+20%×70%=88.5%.]
4.现有8道4选1的单选题,学生李明对其中的6道题有思路,2道题完全没有思路,有思路的题做对的概率为0.8,没有思路的题只好任意选一个答案,猜对答案的概率为0.25,李明从这8道题中任选1题,则他做对该题的概率为 ________ .
解析:设A:李明选的是有思路的题,B:答对该题,则P(A)=eq \f(3,4),P(eq \x\to(A))=eq \f(1,4),P(B|A)=eq \f(4,5),P(B|eq \x\to(A))=eq \f(1,4),所以,由全概率公式可知,P(B)=P(A)·P(B|A)+P(eq \x\to(A))·P(B|eq \x\to(A))=eq \f(3,4)×eq \f(4,5)+eq \f(1,4)×eq \f(1,4)=eq \f(53,80).
答案:eq \f(53,80)
全概率公式及其应用
[例1] 某投篮小组共有20名投手,其中一级投手4人,二级投手8人,三级投手8人,一、二、三级投手能通过选拔进入比赛的概率分别是0.9、0.7、0.4.求任选一名投手能通过选拔进入比赛的概率.
[思路点拨] 把样本空间分为一、二、三级三种情况,求出每一种情况下的概率,然后根据互斥事件的概率加法公式求解.
解:此问题实际上涉及到两部分:第一,选出的投手不知道是哪个级别的,由全概率公式知,都应该考虑到,才为全面.第二,某个级别的投手能通过选拔进入比赛的概率是已知的,记为:Ai=“选出的i级投手”,i=1,2,3,则A1,A2,A3构成一个完备事件组,有:
A1∪A2∪A3=Ω,且AiAj=∅,i≠j,i、j=1,2,3,
由题意P(A1)=eq \f(4,20),P(A2)=eq \f(8,20),P(A3)=eq \f(8,20).
令B=“选出的投手能通过选拔进入比赛”.
则P(B)=P(A1)P(B|A1)+P(A2)P(B|A2)+P(A3)P(B|A3)
=eq \f(4,20)×0.9+eq \f(8,20)×0.7+eq \f(8,20)×0.4=62%.
即任选一名选手能通过选拔进入比赛的概率为62%.
全概率公式的适用范围及步骤
什么样的问题适合用全概率公式求解?所研究的事件试验前提或前一步骤有多种可能,在这多种可能中均有所研究的事件发生,这时要求所研究事件的概率就可用全概率公式.
运用全概率公式的一般步骤如下:
1.求出样本空间Ω的一个划分A1,A2,…,An;
2.求P(Ai)(i=1,2,…,n);
3.求P(B|Ai)=(i=1,2,…,n);
4.求目标事件的概率P(B).
可以形象地把全概率公式看成“由原因推结果”.
[变式训练]
1.甲箱的产品中有5个正品和3个次品,乙箱的产品中有4个正品和3个次品.
(1)从甲箱中任取2个产品,求这2个产品都是次品的概率;
(2)若从甲箱中任取2个产品放入乙箱中,然后再从乙箱中任取一个产品,求取出的这个产品是正品的概率.
解:(1)从甲箱中任取2个产品的事件数为
Ceq \o\al(2,8)=eq \f(8×7,2)=28,这2个产品都是次品的事件数为Ceq \o\al(2,3)=3.
∴这2个产品都是次品的概率为eq \f(3,28).
(2)设事件A为“从乙箱中取出的一个产品是正品”,事件B1为“从甲箱中取出2个产品都是正品”,事件B2为“从甲箱中取出1个正品1个次品”,事件B3为“从甲箱中取出2个产品都是次品”,则事件B1、
事件B2、事件B3彼此互斥.
P(B1)=eq \f(C\o\al(2,5),C\o\al(2,8))=eq \f(5,14),P(B2)=eq \f(C\o\al(1,5)C\o\al(1,3),C\o\al(2,8))=eq \f(15,28),
P(B3)=eq \f(C\o\al(2,3),C\o\al(2,8))=eq \f(3,28),P(A|B1)=eq \f(2,3),
P(A|B2)=eq \f(5,9),P(A|B3)=eq \f(4,9),
∴P(A)=P(B1)P(A|B1)+P(B2)P(A|B2)+
P(B3)P(A|B3)=eq \f(5,14)×eq \f(2,3)+eq \f(15,28)×eq \f(5,9)+eq \f(3,28)×eq \f(4,9)=eq \f(7,12).
贝叶斯公式及其应用
[例2] 甲盒装有1个白球2个黑球,乙盒装有3个白球2个黑球,丙盒装有4个白球1个黑球,采取掷一骰子决定选盒,出现1、2或3点选甲盒,4、5点选乙盒,6点选丙盒,在选出的盒里随机摸出一个球,经过秘密选盒摸球后,宣布摸得一个白球,求此球来自乙盒的概率.
[思路点拨] 先求出摸得白球的概率,再求此球来自乙盒的概率.
解:设A1={摸出的球来自甲盒},
A2={摸出的球来自乙盒},
A3={摸出的球来自丙盒},
B={摸得白球},则P(A1)=eq \f(1,2),P(A2)=eq \f(1,3),P(A3)=eq \f(1,6),
P(B|A1)=eq \f(1,3),P(B|A2)=eq \f(3,5),P(B|A3)=eq \f(4,5),于是由贝叶斯公式可知白球来自乙盒的概率为P(A2|B)=eq \f(PA2PB|A2,\o(,\s\up6(3),\s\do4(i=1))PAiPB|Ai)=eq \f(\f(1,3)×\f(3,5),\f(1,2)×\f(1,3)+\f(1,3)×\f(3,5)+\f(1,6)×\f(4,5))=eq \f(2,5).
1.贝叶斯公式的应用
把事件B看作某一过程的结果,把A1,A2,…,An…看作该过程的若干个原因,根据历史资料,每一原因发生的概率即P(An)已知,而且每一原因对结果的影响程度(即P(B|An))已知,如果已知事件B已经发生,要求此时是由第i个原因引起的概率,则用贝叶斯公式(即求P(Ai|B)).
2.利用贝叶斯公式求概率的步骤
第一步:利用全概率公式计算P(A),即P(A)=eq \o(,\s\up6(n),\s\do4(i=1))P(Bi)P(A|Bi);
第二步:计算P(AB),可利用P(AB)=P(B)P(A|B)求解;
第三步:代入P(B|A)=eq \f(PAB,PA)求解.
[变式训练]
2.某工厂有四条流水线生产同一种产品,该四条流水线的产量分别占总产量的15%、20%、30%、35%,又这四条流水线的不合格品率依次为0.05、0.04、0.03及0.02,现在从该厂产品中任取一件,问恰好抽到不合格品的概率为多少?该不合格品是由第四条流水线上生产的概率为多少?
解:设Ai=第i条流水线生产的产品,i=1,2,3,4;B=抽到不合格品,
则P(A1)=0.15,P(A2)=0.20,P(A3)=0.30,
P(A4)=0.35,∴P(B|A1)=0.05,P(B|A2)=0.04,P(B|A3)=0.03,
P(B|A4)=0.02.①P(B)=eq \o(,\s\up6(4),\s\do4(i=1))P(Ai)P(B|Ai)=0.0315.
②P(A4|B)=eq \f(PA4PB|A4,\o(,\s\up6(4),\s\do4(i=1))PAiPB|Ai)≈0.222 2.
全概率公式与贝叶斯公式的综合应用
[例3] 同一种产品由甲、乙、丙三个厂供应.由长期的经验知,三家的正品率分别为0.95、0.90、0.80,三家产品数所占比例为2∶3∶5,将三家产品混合在一起.
(1)从中任取一件,求此产品为正品的概率;
(2)现取到一件产品为正品,问它是由甲、乙、丙三个厂中哪个厂生产的可能性大?
[思路点拨] 首先分清是全概率还是贝叶斯概率,然后选择公式求解.
解:设事件A表示“取到的产品为正品”,B1,B2,B3分别表示“产品由甲、乙、丙厂生产”,
由已知P(B1)=0.2,P(B2)=0.3,P(B3)=0.5,
P(A|B1)=0.95,P(A|B2)=0.9,P(A|B3)=0.8.
(1)由全概率公式得:
P(A)=eq \o(,\s\up6(3),\s\do4(i=1))P(Bi)P(A|Bi)=0.2×0.95+0.3×0.9+0.5×0.8=0.86.
(2)由贝叶斯公式得
P(B1|A)=eq \f(PB1PA|B1,PA)=eq \f(0.2×0.95,0.86)
≈0.220 9,P(B2|A)=eq \f(PB2PA|B2,PA)=eq \f(0.3×0.9,0.86)
≈0.314 0,P(B3|A)=eq \f(PB3PA|B3,PA)=eq \f(0.5×0.8,0.86)
≈0.465 1.由以上3个数作比较,可知这件产品由丙厂生产的可能性最大.
若随机试验可以看成分两个阶段进行,且第一阶段的各试验结果具体怎样未知,那么:
1.如果要求的是第二阶段某一个结果发生的概率,则用全概率公式;
2.如果第二个阶段的某一个结果是已知的,要求的是此结果为第一阶段某一个结果所引起的概率,一般用贝叶斯公式,类似于求条件概率,熟记这个特征,在遇到相关的题目时,可以准确地选择方法进行计算,保证解题的正确高效.
[变式训练]
3.假定具有症状S={S1,S2,S3,S4}的疾病有d1,d2,d3三种,现从20 000份患有疾病d1,d2,d3的病历卡中统计得到下列数字:
疾病
人数
出现S症状人数
d1
7 750
7 500
d2
5 250
4 200
d3
7 000
3 500
试问当一个具有S中症状的病人前来要求诊断时,他患有疾病的可能性是多少?在没有别的资料可依据的诊断手段情况下,诊断该病人患有这三种疾病中哪一种较合适?
解:以A表示事件“患有出现S中的某些症状”,
Di表示事件“患者患有疾病di”(i=1,2,3),由于该问题观察的个数很多,用事件的频率作为概率的近似是合适的,由统计数字可知
P(D1)=eq \f(7 750,20 000)=0.387 5,P(D2)=eq \f(5 250,20 000)=0.
P(D3)=eq \f(7 000,20 000)=0.35,P(A|D1)=eq \f(7 500,7 750)≈0.967 7,
P(A|D2)=eq \f(4 200,5 250)=0.8,P(A|D3)=eq \f(3 500,7 000)=0.5.
从而P(A)=P(A|D1)P(D1)+P(A|D2)P(D2)+P(A|D3)P(D3)=0.387 5×0.967 7+0.262 5×0.8+0.35×0.5≈0.76.由贝叶斯公式得
P(D1|A)=eq \f(PA|D1PD1,PA)=eq \f(0.387 5×0.967 7,0.76)≈0.493 4,P(D2|A)=eq \f(PA|D2PD2,PA)=eq \f(0.262 5×0.8,0.76)≈0.276 3,P(D3|A)=eq \f(PA|D3PD3,PA)=eq \f(0.35×0.5,0.76)≈0.230 3,从而推测病人患有疾病d1较为合理.
[当堂达标]
1.两台机床加工同样的零件,第一台的废品率为0.04,第二台的废品率为0.07,加工出来的零件混放,并设第一台加工的零件是第二台加工零件的2倍,现任取一零件,则它是合格品的概率为( )
A.0.21 B.0.06 C.0.94 D.0.95
解析:D [令B=取到的零件为合格品,Ai=零件为第i台机床的产品,i=1,2.由全概率公式得:P(B)=P(A1)P(B|A1)+P(A2)P(B|A2)
=eq \f(2,3)×0.96+eq \f(1,3)×0.93=0.95.故选D.]
2.设某医院仓库中有10盒同样规格的X光片,已知其中有5盒、3盒、2盒依次是甲厂、乙厂、丙厂生产的.且甲、乙、丙三厂生产该种X光片的次品率依次为eq \f(1,10),eq \f(1,15),eq \f(1,20),现从这10盒中任取一盒,再从这盒中任取一张X光片,则取得的X光片是次品的概率为( )
A.0.08 B.0.1 C.0.15 D.0.2
解析:A [以A1,A2,A3分别表示取得的这盒X光片是由甲厂、乙厂、丙厂生产的,B表示取得的X光片为次品,则
P(A1)=eq \f(5,10),P(A2)=eq \f(3,10),P(A3)=eq \f(2,10),
P(B|A1)=eq \f(1,10),P(B|A2)=eq \f(1,15),P(B|A3)=eq \f(1,20),
则由全概率公式,所求概率为
P(B)=P(A1)P(B|A1)+P(A2)P(B|A2)+P(A3)P(B|A3)
=eq \f(5,10)×eq \f(1,10)+eq \f(3,10)×eq \f(1,15)+eq \f(2,10)×eq \f(1,20)=0.08.]
3.设有5个袋子中放有白球,黑球,其中1号袋中白球占eq \f(1,3),另外2,3,4,5号4个袋子中白球都占eq \f(1,4),今从中随机取1个袋子,从所取的袋子中随机取1个球,结果是白球,则这个球是来自1号袋子中的概率为( )
A.eq \f(1,4) B.eq \f(1,3) C.eq \f(1,2) D.eq \f(2,3)
解析:A [设Ai:取到第i号袋子,i=1,2,3,4,5.
B:取到白球,由贝叶斯公式得
P(A1|B)=eq \f(PA1PB|A1,\o(,\s\up6(5),\s\do4(i=1))PAiPB|Ai)=eq \f(\f(1,5)×\f(1,3),\f(1,5)×\f(1,3)+\f(1,5)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)+\f(1,4)+\f(1,4)+\f(1,4))))=eq \f(1,4).]
4.某小组有20名射手,其中一、二、三、四级射手分别有2、6、9、3名.又若选一、二、三、四级射手参加比赛,则在比赛中射中目标的概率分别为0.85、0.64、0.45、0.32,今随机选一人参加比赛,则该小组在比赛中射中目标的概率为 ________ .
解析:设B={该小组在比赛中射中目标},
Ai={选i级射手参加比赛},(i=1,2,3,4).
由全概率公式,有P(B)=eq \o(,\s\up6(4),\s\do4(i=1))P(Ai)P(B|Ai)=
eq \f(2,20)×0.85+eq \f(6,20)×0.64+eq \f(9,20)×0.45+eq \f(3,20)×0.32=0.527 5.
答案:0.527 5
5.某药厂用从甲、乙、丙三地收购而来的药材加工生产出一种中成药,三地的供货量分别占40%、35%和25%,且用这三地的药材能生产出优等品的概率分别为0.65、0.70和0.85,求从该厂产品中任意取出一件成品是优等品的概率.
解:设A1:药材来自甲地,A2:药材来自乙地,A3:药材来自丙地,B:抽到优等品.
P(A1)=0.4,P(A2)=0.35,P(A3)=0.25,
P(B|A1)=0.65,P(B|A2)=0.7,P(B|A3)=0.85,
P(B)=P(B|A1)P(A1)+P(B|A2)P(A2)+P(B|A3)P(A3)
=0.65×0.4+0.7×0.35+0.85×0.25=0.717 5.
即取得优等品的概率为0.717 5.
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