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学生教师

例 1.4.4

hard一级题目发布者: ai-batch

题干

例 1.4.4(罐子模型) 设罐中有 bbb 个黑球,rrr 个红球,每次随机取出一个球,取出后将原球放回,还加进 ccc 个同色球和 ddd 个异色球。记 BiB_iBi​ 为"第 iii 次取出的是黑球",RjR_jRj​ 为"第 jjj 次取出的是红球"。

若连续从罐中取出三个球,其中有两个红球、一个黑球,分别求 P(B1R2R3)P(B_1R_2R_3)P(B1​R2​R3​)、P(R1B2R3)P(R_1B_2R_3)P(R1​B2​R3​)、P(R1R2B3)P(R_1R_2B_3)P(R1​R2​B3​),并讨论以下四种特殊情形:

(1)当 c=−1,d=0c = -1, d = 0c=−1,d=0 时(不返回抽样);

(2)当 c=0,d=0c = 0, d = 0c=0,d=0 时(返回抽样);

(3)当 c>0,d=0c > 0, d = 0c>0,d=0 时(传染病模型);

(4)当 c=0,d>0c = 0, d > 0c=0,d>0 时(安全模型)。

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解析

由乘法公式可得

P(B1R2R3)=P(B1)P(R2∣B1)P(R3∣B1R2)=bb+r⋅r+db+r+c+d⋅r+d+cb+r+2c+2d,P(B_1R_2R_3) = P(B_1)P(R_2|B_1)P(R_3|B_1R_2) = \frac{b}{b+r} \cdot \frac{r+d}{b+r+c+d} \cdot \frac{r+d+c}{b+r+2c+2d},P(B1​R2​R3​)=P(B1​)P(R2​∣B1​)P(R3​∣B1​R2​)=b+rb​⋅b+r+c+dr+d​⋅b+r+2c+2dr+d+c​, P(R1B2R3)=P(R1)P(B2∣R1)P(R3∣R1B2)=rb+r⋅b+db+r+c+d⋅r+d+cb+r+2c+2d,P(R_1B_2R_3) = P(R_1)P(B_2|R_1)P(R_3|R_1B_2) = \frac{r}{b+r} \cdot \frac{b+d}{b+r+c+d} \cdot \frac{r+d+c}{b+r+2c+2d},P(R1​B2​R3​)=P(R1​)P(B2​∣R1​)P(R3​∣R1​B2​)=b+rr​⋅b+r+c+db+d​⋅b+r+2c+2dr+d+c​, P(R1R2B3)=P(R1)P(R2∣R1)P(B3∣R1R2)=rb+r⋅r+cb+r+c+d⋅b+2db+r+2c+2d.P(R_1R_2B_3) = P(R_1)P(R_2|R_1)P(B_3|R_1R_2) = \frac{r}{b+r} \cdot \frac{r+c}{b+r+c+d} \cdot \frac{b+2d}{b+r+2c+2d}.P(R1​R2​B3​)=P(R1​)P(R2​∣R1​)P(B3​∣R1​R2​)=b+rr​⋅b+r+c+dr+c​⋅b+r+2c+2db+2d​.

以上概率与黑球在第几次被取出有关。

罐子模型也称为波利亚(Pólya)模型,这个模型可以有各种变化,具体见下:

(1)当 c=−1,d=0c = -1, d = 0c=−1,d=0 时,即为不返回抽样。 此时前次抽取结果会影响后次抽取结果。但只要抽取的黑球与红球个数确定,则概率不依赖其取出球的次序,都是一样的。此例中有

P(B1R2R3)=P(R1B2R3)=P(R1R2B3)=br(r−1)(b+r)(b+r−1)(b+r−2).P(B_1R_2R_3) = P(R_1B_2R_3) = P(R_1R_2B_3) = \frac{br(r-1)}{(b+r)(b+r-1)(b+r-2)}.P(B1​R2​R3​)=P(R1​B2​R3​)=P(R1​R2​B3​)=(b+r)(b+r−1)(b+r−2)br(r−1)​.

例 1.4.3 可以归结为此种情况。

(2)当 c=0,d=0c = 0, d = 0c=0,d=0 时,即为返回抽样。 此时前次抽取结果不会影响后次抽取结果。故上述三个概率相等,且都等于

P(B1R2R3)=P(R1B2R3)=P(R1R2B3)=br2(b+r)3.P(B_1R_2R_3) = P(R_1B_2R_3) = P(R_1R_2B_3) = \frac{br^2}{(b+r)^3}.P(B1​R2​R3​)=P(R1​B2​R3​)=P(R1​R2​B3​)=(b+r)3br2​.

(3)当 c>0,d=0c > 0, d = 0c>0,d=0 时,称为传染病模型。 此时,每次取出球后会增加下一次取到同色球的概率,或换句话说,每次发现一个传染病患者,以后都会增加再传染的概率。与(1)、(2)一样,以上三个概率都相等,且都等于

P(B1R2R3)=P(R1B2R3)=P(R1R2B3)=br(r+c)(b+r)(b+r+c)(b+r+2c).P(B_1R_2R_3) = P(R_1B_2R_3) = P(R_1R_2B_3) = \frac{br(r+c)}{(b+r)(b+r+c)(b+r+2c)}.P(B1​R2​R3​)=P(R1​B2​R3​)=P(R1​R2​B3​)=(b+r)(b+r+c)(b+r+2c)br(r+c)​.

从以上(1)、(2)和(3)中可以看出:在罐子模型中只要 d=0d = 0d=0,则以上三个概率都相等。即只要抽取的黑球与红球个数确定,则概率不依赖其取出球的次序,都是一样的。但当 d>0d > 0d>0 时,就不同了,见下面(4)。

(4)当 c=0,d>0c = 0, d > 0c=0,d>0 时,称为安全模型。 此模型可解释为:每当事故发生了(红球被取出),安全工作就抓紧一些,下次再发生事故的概率就会减少;而当事故没有发生时(黑球被取出),安全工作就放松一些,下次再发生事故的概率就会增大。在这种场合,上述三个概率分别为

P(B1R2R3)=bb+r⋅r+db+r+d⋅r+db+r+2d,P(B_1R_2R_3) = \frac{b}{b+r} \cdot \frac{r+d}{b+r+d} \cdot \frac{r+d}{b+r+2d},P(B1​R2​R3​)=b+rb​⋅b+r+dr+d​⋅b+r+2dr+d​, P(R1B2R3)=rb+r⋅b+db+r+d⋅r+db+r+2d,P(R_1B_2R_3) = \frac{r}{b+r} \cdot \frac{b+d}{b+r+d} \cdot \frac{r+d}{b+r+2d},P(R1​B2​R3​)=b+rr​⋅b+r+db+d​⋅b+r+2dr+d​, P(R1R2B3)=rb+r⋅rb+r+d⋅b+2db+r+2d.P(R_1R_2B_3) = \frac{r}{b+r} \cdot \frac{r}{b+r+d} \cdot \frac{b+2d}{b+r+2d}.P(R1​R2​B3​)=b+rr​⋅b+r+dr​⋅b+r+2db+2d​.

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