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例 1.3.3

medium一级题目发布者: ai-batch

题干

例 1.3.3 口袋中有编号为 1,2,⋯ ,n1,2,\cdots,n1,2,⋯,n 的 nnn 个球,从中有放回地任取 mmm 次,求取出的 mmm 个球的最大号码为 kkk 的概率。

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解析

记事件 AkA_kAk​ 为"取出的 mmm 个球的最大号码为 kkk"。如果直接考虑事件 AkA_kAk​,则比较复杂,因为"最大号码为 kkk"可以包括取到 1 次 kkk、取到 2 次 kkk……取到 mmm 次 kkk。为步步倒退作 BiB_iBi​ 为"取出的 mmm 个球的最大号码均不大于 iii",i=1,2,⋯ ,ni=1,2,\cdots,ni=1,2,⋯,n,则 BiB_iBi​ 发生只需每次从 1,2,⋯ ,i1,2,\cdots,i1,2,⋯,i 号球中取即可,所以由古典概率知

P(Bi)=imnm,i=1,2,⋯ ,n.P(B_i)=\frac{i^m}{n^m}, \quad i=1,2,\cdots,n.P(Bi​)=nmim​,i=1,2,⋯,n.

又因为 Ak=Bk−Bk−1A_k=B_k-B_{k-1}Ak​=Bk​−Bk−1​,且 Bk−1⊂BkB_{k-1}\subset B_kBk−1​⊂Bk​,由性质 1.3.4 得

P(Ak)=P(Bk−Bk−1)=P(Bk)−P(Bk−1)P(A_k)=P(B_k-B_{k-1})=P(B_k)-P(B_{k-1})P(Ak​)=P(Bk​−Bk−1​)=P(Bk​)−P(Bk−1​) =km−(k−1)mnm,k=1,2,⋯ ,n.=\frac{k^m-(k-1)^m}{n^m}, \quad k=1,2,\cdots,n.=nmkm−(k−1)m​,k=1,2,⋯,n.

譬如 n=6,m=3,k=4n=6,m=3,k=4n=6,m=3,k=4,可算得

P(A4)=43−3363=37216=0.171 3.P(A_4)=\frac{4^3-3^3}{6^3}=\frac{37}{216}=0.171\ 3.P(A4​)=6343−33​=21637​=0.171 3.

其他的 P(Ak)P(A_k)P(Ak​) 也可算出,列表如下:

kkk123456和
P(Ak)P(A_k)P(Ak​)0.004 60.032 40.088 00.171 30.282 40.421 31.000 0

这表明:掷三颗骰子,最大点数 kkk 是随机变量,kkk 取 6 的概率是 0.421 30.421\ 30.421 3,且

P(k≤3)=0.004 6+0.032 4+0.088 0=0.125 0.P(k\le 3)=0.004\ 6+0.032\ 4+0.088\ 0=0.125\ 0.P(k≤3)=0.004 6+0.032 4+0.088 0=0.125 0.

即掷三颗骰子,最大点数不超过 3 的概率仅为 0.125 00.125\ 00.125 0。

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