הסתברות ב. : פעולות במאורעות, דרכים למציאת
Transcription
הסתברות ב. : פעולות במאורעות, דרכים למציאת
ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל 1.4מאורעות המוגדרים על-ידי פעולות-בקבוצות הקדמה הסעיף הנוכחי מנוסח כאילו כאן פוגש הקורא לראשונה במושגים הראשונים של תורת הקבוצות :איחוד ,חיתוך וכדומה .הדבר קשור בטלטולים הקיצוניים ,הלוך ושוב ,העוברים על לימוד המושגים האלה בביה"ס היסודי ובחטיבת הביניים בכל העולם משנת 1960ואילך. בתורת ההסתברות יש במושגים אלה תועלת .אם המושגים מוכרים לך היטב ,כולל מושג המשלים ,קרא את הסעיף במהירות והפנה את עיקר תשומת לבך למשפטים ההסתברותיים הקשורים בהם. בסעיף הנוכחי תופענה מספר דוגמות הקשורות במשחק "שש בש" ) .(Backgammonלהבנת הדוגמות אין צורך בהכרת כל חוקי המשחק .מספיק לדעת שהמהלכים האפשריים בכל שלב נקבעים על-ידי תוצאת הזריקה של זוג קוביות .כבסעיף הקודם נניח שניתן להבחין בין שתי הקוביות ,למשל ,נניח שהראשונה אדומה והשניה ירוקה ,ולכן כל התוצאות הן שוות-הסתברות. איחוד מאורעות בעיה א :כדי להחזיר ללוח אבן שהופלה ,דרוש לשחקן שלפחות אחת משתי הקוביות תיתן 4או .6מהי הסתברותו של המאורע הדרוש לשחקן? פתרון :נסמן ב A -את המאורע "יש "4וב B -את המאורע "יש ."6המאורע Aכולל 11תוצאות, ואלה הן .6-4 , 4-6 , 5-4 , 4-5 , 4-4 , 4-3, 3-4 , 2-4 , 4-2 , 1-4 , 4-1 :בדרך דומה נמצא, שגם Bכולל 11תוצאות .המאורע הדרוש לשחקן שלנו מכיל את כל התוצאות שב A-ואת כל התוצאות שב , B -אך מספר התוצאות שבו אינו 22אלא רק . 20הסיבה :התוצאות 4-6ו- 6-4נמצאות הן ב A-והן ב ,B-ובבואנו לספור את כל התוצאות הטובות עבור השחקן שלנו ,אין לספור שתי תוצאות אלה פעמיים ,אלא פעם אחת בלבד .ההסתברות המבוקשת היא אפוא ,20/36כלומר .5/9 בעיה ב :כדי להפיל אבן של היריב דרוש לשחקן שסכום הנקודות בשתי הקוביות יהיה 7או .10 מהי הסתברותו של המאורע הנדרש? פתרון :נסמן ב A-את המאורע "הסכום הוא "7וב B -את המאורע "הסכום הוא ."10בתרגיל בסעיף הקודם מצאת ,מן הסתם ,כי Aכולל 6תוצאות ו B -כולל 3תוצאות .כל התוצאות אשר ב B -שונות מכל התוצאות אשר ב ,A-לכן במאורע הנדרש יש 6+3 = 9תוצאות ,והסתברותו . 9/36 = 1/4 הדמיון והשוני שבין בעיה א ובעיה ב מתבטאים בהגדרות הבאות ובמשפט שאחריהן. הגדרה :המאורע הכולל את כל התוצאות שב A-ואת כל התוצאות שב ,B-ורק תוצאות אלה, מסומן ) A∪Bקרי A :איחוד .(B הגדרה :אם אין שום תוצאה הנכללת גם במאורע Aוגם במאורע ,Bאז Aו B -נקראים מאורעות זרים זה לזה. משפט :אם Aו B -זרים זה לזה ,אז ). P(A∪B) = P(A) + P(B 18 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל הוכחה P(A∪B) :הוא סכום ההסתברויות של כל התוצאות אשר ב .A∪B -אם נחבר תחילה את ההסתברויות של התוצאות אשר ב A -בלבד ,נקבל את ) .P(Aהתוצאות הנותרות הן בדיוק כל התוצאות שב ,B-שהרי שום תוצאה מתוך Bאינה ב .A-לכן סכום ההסתברויות של התוצאות הנותרות הוא בדיוק )P(B הערה :שים-לב שבהוכחה זאת לא הנחנו שכל התוצאות הנידונות הן שוות-הסתברות דווקא. משפטנו נכון אפוא גם לניסוי הסתברותי אחיד וגם לניסוי הסתברותי שאינו אחיד .מה שחשוב הוא ,שהמאורעות הנידונים יהיו זרים זה לזה. תרגיל :1הוכח שאם A , Bו C-הם שלושה מאורעות שכל שניים מהם זרים זה לזה, אז ). P(A∪B∪C) = P(A) + P(B) + P(C הדרכה A∪B∪C :אינו אלא . (A∪B)∪Cהסבר מדוע A∪Bו C-זרים זה לזה ,ואחר כך השתמש פעמיים במשפט האחרון. המאורע המשלים בעיה ג :כדי להתחמק מחסימה דרוש לשחקן שלפחות אחת משתי הקוביות תיתן 3או 4או 5או . 6מהי הסתברותו של המאורע הדרוש? התרה :נסמן את המאורע הדרוש ב .A-במקום לערוך רשימה של כל התוצאות הנכללות ב,A- נרשום את התוצאות שאינן ב . A -תוצאות אלה הן 2-1 , 1-2 , 1-1ו .2-2 -בכל תוצאה אחרת מופיע המספר 3או 4או 5או . 6מחוץ ל A -יש אפוא ארבע תוצאות בלבד; לכן ב A-יש 32 תוצאות; מכאן ש.P(A) = 32/36 = 8/9 - דרך ההתרה של בעיה זאת מובילה אל הגדרה ,ובעקבות ההגדרה גם אל משפט חשוב. הגדרה :קבוצת איברי Ωאשר אינם ב A-נקראת "המאורע המשלים את "Aומסומנת A )קרי A:גג ,לפעמים כותבים Acבמקום .האות cהמופיעה בסימן זה מייצגת את המלה ,Complementשמשמעה משלים( . משפט ) P(A)=1-P(A) :ולכן גם )( P(A)=1-P(A הוכחה :על-פי הגדרת המשלים A ,ו A -זרות זו לזו ,ולכן )P(A ∪ A)=P(A)+P(A P(A ∪ A) = P(Ω) = 1 מהגדרת המשלים נובע גם ש- P(A) + P(A) =1 לכן ומזה נובעת טענתו של המשפט תרגיל :2בסעיף 1.2בתרגיל על הגרלת יו"ר לוועד הכיתה ,מרחב התוצאות היה }משה ,דינה ,מרים ,שלמה ,אברהם{ = Ω 19 . ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל נזכר שם מאורע שתיארנו אותו במילים "יו"ר ששמו מתחיל ב-מ" וכאן נסמנו .Mבאותו תרגיל היה . P(M)= 5/12 אM = {.......................................................} . ב .תאר את Mבמילים. ג .מצא את ). P(M תרגיל :3רולטה מחולקת לשמונה גזרות שצבעיהן הם כחול ,כתום ,סגול ,לבן ,אדום ,תכלת, שחור וירוק. }) = 0.2כחול ,סגול ,תכלת{( Pו}) = 0.5 -אדום ,כתום{(.P מצא את )}שחור ,לבן ,ירוק( . Pהסבר בפתרונך מתי אתה משתמש במשפט על האיחוד ומתי במשפט על המשלים. תרגיל :4כדי להזיז אבן מסוימת חמישה צעדים ,זקוק שחקן שש-בש למאורע ,A∪B∪Cכאשר 5" = Aבקובייה הראשונה" 5" = Bבקובייה השנייה" " = Cסכום התוצאות בשתי הקוביות הוא "5 א( האם Aו B-זרים? נמק! ב( האם Aו C-זרים? האם Bו C-זרים? האם A∪Bו C -זרים? נמק! ג( מצא את ) P(B) , P(Aו. P(A∪B) - ד( מצא את ). P(A∪B∪C A∪B∪Cהוא ) .(A∪B)∪Cאת ) P(Cמצאנו בתרגיל בסעיף קודם(. חיתוך והמאורע הריק נפתח בשאלה :האם ייתכן שבאותו ניסוי הסתברותי של הטלת קובייה אחת יקרה גם המאורע "מספר גדול מ A = "3-וגם המאורע "מספר זוגי" = ? B התשובה היא כן. הסבר :אם תתקבל בניסוי זה התוצאה 4או התוצאה ,6הרי שיקרה גם המאורע Aוגם המאורע ,Bשהרי לפי ההגדרה ,אנו אומרים שמאורע קורה ,או מתרחש ,כאשר מתקבלת בניסוי אחת מן התוצאות הנכללות במאורע. המאורע } {4,6המכיל את שתי התוצאות האלה מסומן A∩Bונקרא Aחיתוך ,Bאו המשותף של Aו .B -ובכלל - הגדרה A∩B :הוא המאורע הכולל את כל התוצאות המשותפות ל A -ול ,B -ורק אותן. שים-לב להבדל מילולי קטן ,הגורר הבדל גדול במשמעויות :אם Aו B -הם כבשאלה דלעיל ,אז המאורע הכולל גם את המספרים הגדולים מ -3וגם את המספרים הזוגיים הוא ,A∪Bבעוד שהמאורע הכולל את המספרים שהם גם גדולים מ -3וגם זוגיים הוא .A∩B תרגיל :5נתון שΩ = {1,2,3,4,5,6} - א .השלם = }{1,2} ∪ {2,3,5 20 הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל ב .השלם ג .השלם ע .ארליך = }{1,2} ∩ {2,3,5 = }{2,3,5 תרגיל :6משמאל ששה ציורים שמספריהם 1 עד .6בכל אחד מהם יש מלבן המייצג את מרחב התוצאות ,Ωובתוכו אליפסה ומעגל, שאחד מהם מייצג את המאורע Aוהשני את .Bבכל אחד מהציורים יש תחום המקווקו בקווים אלכסוניים. כתוב את המספר המתאים לכל אחד מהמאורעות הכתובים להלן. A ∩ B ....... A ∪ B ....... A ∩ B ....... A ∪ B ....... A ∩ B ....... A ∩ B ....... Ω Ω A B 1 B 2 Ω Ω A B A B 4 3 Ω B 5 A Ω A B A 6 נקדיש מספר מילים למאורע מיוחד ,הנקרא "המאורע הריק" ,והוא המאורע שאינו מכיל שום תוצאה .מסמנים אותו ∅ ) כמו שמסמנים את הקבוצה הריקה גם בשאר ענפי המתמטיקה(. מעמדו של ∅ בין המאורעות דומה למעמדו של 0בין המספרים .דבר זה מתבטא ,בין השאר, במשפט הבא: משפטP(∅)= 0 : הוכחה :הסתברותו של מאורע היא סכום ההסתברויות של התוצאות הכלולות בו .ומכיוון שהמאורע הריק אינו כולל שום תוצאה ,סכום זה הוא 0 המאורע הריק הוא ,כמובן ,מאורע שאינו יכול לקרות; שהרי מאורע קורה כאשר מתקבלת בניסוי תוצאה הנכללת בו ,ובמאורע הריק אין כלולה שום תוצאה. את המשפט על הסתברות האיחוד של שני מאורעות זרים אפשר לכתוב בצורה הבאה: אם ∅ = A∩Bאז )P(A∪B) = P(A)+P(B כי שני מאורעות זרים הם בדיוק שני מאורעות שהחיתוך שלהם )קבוצת התוצאות המשותפות( הוא המאורע הריק ∅ . משפט חדש ,המדבר גם על מאורעות שאינם זרים זה לזה ,הוא המשפט הבא: )P(A∪B) + P(A∩B) = P(A) + P(B משפט: משפט זה "חי בשלום" עם המשפט הקודם ,שהרי אם Aו Bזרים ,אז . P(A∩B) = P(∅) = 0 הוכחתו: בחישוב ) P(A)+P(Bאנו מסכמים בנפרד את הסתברויותיהן של ההסתברויות של התוצאות הכלולות ב A -ואת הסתברויותיהן של התוצאות הכלולות ב ,B -ואחר-כך מחברים את 21 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל הסכומים .באופן זה ,ההסתברויות של איברי A∩Bנמנות פעמיים ,וכדי לקבל את ההסתברות של A∪Bיש לחסרן פעם אחת .כלומר, ). P(A∪B) = P(A)+P(B)-P(A∩B והרי דוגמה לשימוש במשפט. בעיה :שחקן שש-בש רואה שהוא ישיג יתרון גדול אם יקבל בשתי הקוביות אותו מספר או אם סכום המספרים יהיה .8מהי הסתברותו של המאורע המבוקש? פתרון:כידוע ,ההסתברות שהסכום יהיה 8היא . 5/36 ההסתברות שבשתי הקוביות יתקבל אותו מספר היא ,6/36 חיתוכם של שני המאורעות האלה כולל רק את התוצאה 4-4לכן הסתברותו היא ,1/36 לכן ההסתברות המבוקשת היא . 5/36 + 6/36 - 1/36 = 10/36 = 5/18 תרגיל :7בהטלת שתי קוביות, א .מהי ההסתברות שלפחות אחת תיתן ?3 ב .מהי ההסתברות שלפחות אחת תיתן 3ו/או הסכום יהיה ?8 תרגיל :8בניסוי הסתברותי עם מרחב תוצאות } Ω={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10נתון ש- " ) = 0.6גדול מ P("4-ו") = 0.5 -קטן מ . P("8-מצא את )}. P({5,6,7 הנחייה :העזר בזה ש. P(Ω)=1 - * תרגיל :9בניסוי הסתברותי מסוים P(A) = 0.6וP(B) = 0.7 - ב .מה אפשר להסיק מזה על )? P(A∩B א .מה אפשר להסיק מזה על )? P(A∪B תרגיל :10האם נכון ש? P(A ∩ B) = P(A) − P(A ∩ B) - תרגיל :11בהטלת שלושה מטבעות ,מהי ההסתברות שלא יתקבל אף "ציור" אחד ומהי ההסתברות שיתקבל לפחות "ציור" אחד )המאורע המשלים(? תרגיל : 12הגרלה בוחרת ילד אחד מתוך קבוצת ילדים .תאר במילים את המשלימים של המאורעות הבאים: א" .נבחר ג'ינג'י גבוה". ב" .הילד שנבחר אוהב כדורגל או כדורסל". ג" .הילד שנבחר מצייר יפה אבל אינו אוהב גבינה". 22 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל 1.5דרכים לקבלת הסתברויות בסעיף זה ,שעיקרו סיפור-מעשה ורב-שיח ,נחזור על חלק מהרעיונות שבסעיפים הקודמים ונדגים בו שלוש דרכים לקבלת הסתברויות: (1אומדן מקורב על-ידי סדרה של ניסויים רבים (2שיקולי סימטריה (3שימוש במשפטי הסעיף הקודם. נקדים ונציין שהדרך השלישית לבדה לעולם אינה מספיקה; שהרי המשפטים הנידונים מדברים על קשרים שבין הסתברויותיהם של מאורעות שונים ,לכן רק אחרי שאנו יודעים או משערים את הסתברויותיהם של חלק מהמאורעות ,נוכל להיעזר במשפטים לקבלת הסתברויותיהם של מאורעות נוספים. הניסוי ההסתברותי שבו נדון כאן הוא הקפצת קופסה של גפרורים .אם מניחים קופסה כזאת על שפת השולחן ,כאשר פינה אחת בולטת מעבר לשפת השולחן ,ואם מכים בציפורן האצבע בתחתית החלק הבולט ,תקפוץ הקופסה ותיפול באחת מארבע הצורות הבאות: א .הקופסה תשכב כאשר הצד הכתוב כלפי מעלה .תוצאה זאת תסומן להלן באות "כ". ב .הקופסה תשכב כשצידה החלק כלפי מעלה .תוצאה זאת תסומן כאן באות "ח". ג .הקופסה תנוח בשכיבת צד על דופן שעליה מדליקים את הגפרורים .נסמן תוצאה זאת ב" -צ". ד .הקופסה עומדת זקופה .תוצאה זאת תסומן באות "ע". כ ח צ ע משה ,רינה ,שאול ומרים משוחחים על הסתברויותיהן של התוצאות האלה. משה מספר שהוא התבונן בשישה ילדים ששיחקו בהקפצת קופסת גפרורים .כל אחד הקפיץ את קופסתו 100פעמים ,ולכן נערך הניסוי 600פעם .בכל פעם שקופסה נעמדה זקופה ,נשמעה קריאת שמחה ,ובסך-הכל קרה הדבר 15פעמים .מזה מסיק משה ,כי ) = 15/600 =0.025ע(. P שואל שאול :איך אתה מסיק מסקנה כזאת? האם לא היה יכול לקרות שהילדים יקבלו "ע" 13 או 14או 16או 17פעמים? יתר-על-כן ,אילו הקפיצו הילדים את הקופסה פעם אחת נוספת, היית חייב לשנות את מסקנתך ,שהרי אילו היה מתקבל "ע" בהקפצה זאת ,היית צריך לומר ,כי ) = 16/601 =0.0266223...ע(P ואילו היתה מתקבלת תוצאה אחרת ,היה עליך להחליט ,באותה דרך ,כי ) = 15/601 = 0.0249584...ע(.P עונה משה :אני מתקן את דברי בשתי נקודות ,אך אינני נסוג מעיקרי הדברים .אני משער ש)-ע(P שווה בקירוב ל) 0.025 -לא קביעה ,אלא השערה ,לא שוויון מלא ,אלא קירוב( .לא מתקבל על דעתי שההסתברות רחוקה ממספר זה .חוץ מזה ,השערתי זאת היא ההשערה הטובה ביותר העולה מהנתונים שבידינו. 23 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל מספרת רינה :אני התבוננתי בילדים שהקפיצו קופסת גפרורים 400פעם ,ומניתי 188מקרים שבהם קיבלו "כ" ו 172 -פעמים בהם קיבלו "ח". ושוב שואל שאול :האם לאור זה את משערת ש) = 188/400 = 0.47 -כ(P ו ) = 172/400 = 0.43 -ח(? P עונה רינה :לא בדיוק .בגלל הסימטריות של הקופסה אני מניחה כי )כ() = Pח( Pוההבדל בין מספר הפעמים שהתקבל "ח" ומספר הפעמים שהתקבל "כ" הוא מקרי בלבד .לכן אני מעדיפה לשער ששתי ההסתברויות שוות ,בקירוב ,לממוצע שהוא . 0.45 אומרת מרים :את מסקנתה של רינה אפשר לקבל גם בדרך אחרת .בשלב הראשון נתייחס למאורע }כ,ח{ .מספר הפעמים שקרה מאורע זה הוא ,188+172 = 360לכן אומדן ההסתברות של מאורע זה הוא }) = 360/400 = 0.9כ,ח{( , Pומכיוון ששתי התוצאות המרכיבות מאורע זה הן שוות-הסתברות ,הסתברות כל אחת מהן היא . 0.45 אומרת רינה :יפה! ואם אנו מדברים על מאורעות ,אז יש מסקנה נוספת ,הנוגעת במשלים של המאורע שלנו }כ,ח{ = }צ,ע{ לכן }) = 1-0.9 = 0.1כ,ח{(}) = 1-Pצ,ע{(P מוסיף משה :פירושו של דבר הוא ,ש) -ע() = 0.1-Pצ( Pומקודם מצאתי ש ) = 0.025 -ע(P ) = 0.1 - 0.025 = 0.075צ(P לכן מסכם שאול :בסך-הכל מתקבלת הטבלה התוצאה הסתברותה כ 0.45 צ 0.075 ח 0.45 ע 0.025 מעניין לדעת בכמה היו משתנים אומדני ההסתברות אילו היינו חוזרים על הנסיונות ,ובפרט - אילו היינו עורכים מספר גדול הרבה יותר של נסיונות. תרגיל : 1בקוביית משחק מקובל לסמן את הנקודות באופן שסכום מספרי הנקודות שעל שתי פיאות נגדיות הוא ) 7כלומר 6 :מול 5 ,1מול 2ו 4 -מול .(3בקוביית-משחק אחת עוגלו והוחלקו ארבע הפינות שסביב הפיאה בת 6הנקודות . לפני: אחרי: א .כיצד ישפיע הדבר ,להערכתך ,על הסתברויותיהן של התוצאות השונות? על איזו מהן אתה בטוח שהיא תגדל? על איזו אתה בטוח שהיא תקטן? על איזו מהן יש לך השערה רופפת בלבד? ב .אחרי השינוי הנ"ל ,הוטלה הקובייה 300פעם .ב 66 -פעמים התקבלה התוצאה 6וב30 - פעמים התקבל .1מה הם האומדנים שנותנות התוצאות של סדרת הניסויים הזאת בשביל ההסתברויות של כל אחת משש התוצאות האפשריות? 24 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל 1.6ניסוי בשלבים ניסוי הנערך בשני שלבים יופיע בבעיה הבאה: בית-ספר שתלמידיו באים ממושבים ומקיבוצים התבקש לשלוח נציג למשלחת נוער לחו"ל. המועמדים המתאימים )מבחינת ידיעת אנגלית וכדומה( היו בן-מושב אחד ,ארבע בנות-מושב, שלושה בני-קיבוץ ושבע בנות-קיבוץ .מסיבות שונות הוחלט שהנציג ייקבע בהגרלה בת שני שלבים .בשלב הראשון יגרילו בין "מושב" ובין "קיבוץ" בהטלת מטבע ,ובשלב השני יגרילו בין חמשת בני-המושב או בין עשרת בני-הקיבוץ בעזרת פתקים. שאלתנו :מהי ההסתברות שהנציג יהיה בן-מושב? בן-קיבוץ? בת-מושב? בת-קיבוץ? בן? בת? הבה נבנה סביבון-חץ העונה לשאלתנו .נעשה זאת בשני שלבים המקבילים לשני שלבי ההגרלה. בשלב הראשון נחלק את הסביבון לשני חצאים, כי )= 0.5מושב() = Pקיבוץ(.P מושב קיבוץ השלב השני יתחלק לשני חלקים מקבילים .חלקו הראשון יעסוק במחצית השייכת ל"מושב" וחלקו השני יטפל באפשרות "קיבוץ". בן מושב ההסתברות של "בן מושב" היא חמישית של הסתברות "מושב" וההסתברות של "בת מושב" היא ארבע חמישיות של הסתברות "מושב" ,כי אם בשלב הראשול יוגרל "מושב" אז בהגרלה השניה יהיה פתק אחד עם שמו של בן המושב וארבעה פתקים עם שמותיהן של בנות המושב .לכן יש להקצות ל"-בן מושב" 1/5של המחצית השייכת ל"-מושב" ואילו ל- "בת מושב" יש להקצות 4/5של מחצית זאת. בת מושב ובמקביל ,ל"-בן קיבוץ" יש להקצות 3/10של המחצית השייכת ל- "קיבוץ" ול"-בת קיבוץ" יש להקצות 7/10של מחצית זאת. בן בן מושב קיבוץ בת בת מושב קיבוץ מכל זה עולה ש- 1 1 1 ) = ⋅ = = 0.1בן מושב(P 5 2 10 3 1 3 ) = ⋅ = = 0.15בן קיבוץ(P 10 2 20 4 1 2 ) = ⋅ = = 0.4בת מושב(P 5 2 5 7 1 7 ) = ⋅ = = 0.35בת קיבוץ(P 10 2 20 ומכאן ) = 0.1+0.15 = 0.25בן קיבוץ() + Pבן מושב() = Pבן(P ) = 0.4+0.35= 0.75בת קיבוץ() + Pבת מושב = ) (Pבת(. P דיאגרמת עץ מתארת את שלבי ההתחלקות של סביבון החץ ,ובדרך כלל אין צורך לשרטט את סביבון החץ עצמו אלא רק את דיאגרמת העץ המתאימה. 0.5 25 0.5 קיבוץ מושב 0.2 בן הציור שמשמאל הוא דיאגרמת עץ בשביל הבעיה שפתרנו לעיל. קיבוץ 0.1 0.8 בת 0.4 0.3 0.7 בן בת 0.15 0.35 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל שים לב לכך שההסתברות הכתובה מתחת לכל אחת מהתוצאות הסופיות היא מכפלת המספרים הכתובים על ה"ענפים" המובילים אליה. לביקורת מוצע לחבר את הסתברויותיהן של התוצאות הסופיות ולראות האמנם שווה הסכום ל- .1 והרי שתי בעיות ופתרונותיהן בעזרת דיאגרמת עץ. בעיה :תלמיד מסוים אינו יושב להכין את שיעורי-הבית במתמטיקה אלא אם אין תוכנית מעניינת בטלוויזיה ,ואינו מנסה לפתור בעיה אלא אם הצליח לפתור את הבעיה שלפניה. ההסתברות לתוכנית מעניינת בטלוויזיה היא ,0.4ואם התלמיד ניגש לבעיה ,אז ההסתברות שיפתור אותה היא . 0.3מהי ההסתברות שיפתור את הבעיה השנייה? פתרון: החישוב העיקרי על-פי המבוקש בבעיה הוא: 0.6 0.4 0.6 ⋅ 0.3 ⋅ 0.3 = 0.054 שעורי בית וההסתברות שהתלמיד יפתור את הבעיה השניה טלביזיה 0.3 0.7 0.4 היא . 0.054 פתר בעיה ראשונה 0.7 0.3 פתר בעיה שניה 0.054 לא פתר 0.126 לא פתר 0.42 )למען ההדגמה חישבנו גם את ההסתברויות של התוצאות הסופיות האחרות .סכום כל ההסתברויות של התוצאות הסופיות הוא ( 0.4+0.42+0.126+0.054 = 1 בעיה :במגירה שבחדר חשוך יש שתי גרביים כחולות ושלוש ירוקות .מוציאים מן המגירה שתי גרביים .מהי ההסתברות שגם הגרב הראשונה וגם הגרב השניה תהינה כחולות ,מהי ההסתברות ששתיהן תהינה ירוקות ומהי ההסתברות ששתיהן תהיינה באותו צבע? פתרון: אחת גרב שהוצאת לכך לב )שים 3/5 2/5 משנה את יחס הגרביים שבמגרה( ראשונה כחולה 3/4 1/4 שניה כחולה 1/10 ראשונה ירוקה 1/2 1/2 שניה ירוקה שניה כחולה 3/10 3/10 שניה ירוקה 3/10 ההסתברות לזוג גרביים כחולות היא אפוא ,0.1ההסתברות לזוג גרביים ירוקות היא 0.3 וההסתברות לזוג גרביים באותו צבע היא . 0.4 הערה כללית על סדר השלבים יש ניסויים דו-שלביים )או תלת שלביים או בעלי מספר שלבים אחר( שבהם מטבע הדברים צריך הניסוי השני לבוא אחרי הניסוי הראשון ,ויש ניסויים שבהם יכולים שני השלבים להתבצע בו- זמנית .בעיית הנציג למשלחת הנוער ובעית שיעורי הבית הן מהסוג הראשון ,ואילו בעית הגרביים היא מהסוג השני .בבעית הגרביים דובר על הוצאת שתי גרביים ולא על הוצאת גרב אחת ואחריה הוצאת גרב נוספת ,אך לצורך בנית עץ ההסתברויות הבדלנו בין הגרביים והתייחסנו אליהן כאילו הוצאו בזו אחר זו .כך עשינו בעבר אצל הטלת שתי מטבעות .גם שם הנחנו שניתן להבחין בין מטבע לחברתה. מכיוון שהזכרנו את עניין הטלת שתי מטבעות נציין שגם אצל נושא זה אפשר להשתמש בעץ- הסתברויות .עוד נציין שבעץ-הסתברויות בשביל הטלת שתי קוביות יצאו ששה ענפים מכל נקודת התפצלות. 26 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל תרגיל :1שחקן כדורסל ניגש לזרוק שתי זריקות-עונשין .ההסתברות שיקלע לסל בזריקה הראשונה היא .0.75אם קלע בזריקה הראשונה ,הוא חדל להתרגש ,וההסתברות שיקלע בזריקה השנייה היא .0.9לעומת-זאת ,אם החטיא בזריקה הראשונה ,אז יורדת הסתברות הקליעה בזריקה השנייה ל.0.6 - א .מהי ההסתברות שיקלע שני סלים? ב .מהי ההסתברות שיחטיא בשתי הזריקות? ג .מהי ההסתברות שיקלע סל יחיד? תרגיל :2כמו תרגיל 1אבל השחקן קר-רוח והסתברות הקליעה שלו בכל זריקה היא .0.8 )הערה :בניגוד לדעה המקובלת שכיח המצב המתואר בתרגיל 2יותר מהמצב המתואר בתרגיל (.1 תרגיל :3כדי להקטין את התמותה הטבעית )= בקרבות אקדחים( בין אציליו ,הגביל המלך את מנהג הדו-קרב המקודש לירייה אחת מכל צד ,וגם זאת רק בהסכמת שני הצדדים .אציל א, שהסתברות הקליעה שלו היא ,0.8הזמין לדו-קרב את אציל ב ,שהסתברות הקליעה שלו היא רק .0.4זה הסכים בתנאי שהוא יהיה היורה הראשון .מהי ההסתברות שאציל ב ייהרג? תרגיל :4בכד א יש 2כדורים לבנים ו 3-כדורים שחורים ,בכד ב 4לבנים ו 4-שחורים ובכד ג יש 7לבנים ו 3-שחורים. מגרילים כד אחד בדרך הבאה :מטילים קוביה ,ואם התקבל 1או 2בוחרים בכד א ,אם התקבל 3או 4בוחרים בכד ב ואם התקבל 5או 6בוחרים בכד ג. אחר-כך מוציאים כדור מן הכד שנבחר )בלי להסתכל פנימה(. מהי ההסתברות שיבחר כדור לבן? הנחייה :בשלב הראשון מתפצל העץ לשלושה ענפים )כלומר ,סביבון החץ מחולק לשלושה חלקים(. תרגיל :5כמו תרגיל 4אבל אם בהטלת הקוביה התקבל 1בוחרים בכד א ,אם התקבל 2או 3 בוחרים בכד ב ואם התקבל 4או 5או 6בוחרים בכד ג. א .הערך )ללא חישוב( אם שינוי זה מגדיל או מקטין את ההסתברות לכדור לבן. ב .חשב את ההסתברות. תרגיל :6מסובבים סביבון-חנוכה תקין ארבע פעמים .מהי ההסתברות שבפעם הראשונה יתקבל "נ" ,בפעם השנייה "ג" ,בפעם השלישית "ה" ובפעם הרביעית "פ" ?מהי ההסתברות שבכל ארבע הפעמים יתקבל "נ"? )אין צורך לצייר את כל ענפי העץ(. תרגיל ") 7בעיית-גרביים" מורחבת(: במגירה 10גרביים 2 .מהן כחולות 4 ,ירוקות ו 4-אדומות. א .מוציאים שתי גרביים .מה ההסתברות ששתיהן באותו צבע? ב .מוציאים שלוש גרביים .מה ההסתברות שלפחות שתיים מהן הן באותו צבע? )חשב רק את המכפלות הדרושות למציאת ההסתברויות המבוקשות(. תרגיל :8שלושה חיילים המצויידים בטילים נגד טנקים ,רואים טנק אויב מתקרב .החיילים מסתתרים בשלוש נקודות נפרדות .תוכנית הפעולה שלהם ,שנקבעה מראש ,היא כך: תחילה יירה החייל הראשון ,שהסתברות הפגיעה שלו היא ,0.8ומייד ירד אל מאחורי מחסה. 27 ע .ארליך הסתברות וסטטיסטיקה ל 3-יח"ל אם לא יפגע אז יירה החייל השני )שעדין לא התגלה( וירד אף הוא אל מאחורי מחסה .הסתברות הפגיעה שלו היא .0.7אם גם הוא יחטיא אז יירה החייל השלישי ,שהסתברות הפגיעה שלו היא .0.6 שאלתנו :מהי ההסתברות לכך שהטנק ייפגע? הנחייות :בציור המצורף סומנו בקו כל המאורעות שאינם מיועדים לפיצול .כתוב את ההסתברויות המתאימות על הענפים המתאימים ,חשב את ההסתברות שאף אחד מהטילים לא יפגע בטנק ,ואחר-כך השתמש במשפט על הסתברותו של מאורע משלים. טיל ראשון טיל שני טיל שלישי לא פוגע לא פוגע לא פוגע פוגע פוגע פוגע תרגיל :9לעריכת הגרלה עומדים לרשות ראובן ושמעון שני כדים ומאה כדורים ,שחמישים מהם שחורים וחמישים לבנים .ההגרלה תתבצע כך :ראובן יחלק את הכדורים בין הכדים ושמעון יבחר כד ויוציא ממנו כדור אחד .אם יהיה הכדור לבן -יזכה ראובן. כיצד כדאי לראובן לחלק את הכדורים בין הכדים ,אם - א .שמעון רואה אילו כדורים מוכנסים לכל כד והוא יוכל לבחור בכד הרצוי לו. *ב .שמעון אינו רואה אילו כדורים מוכנסים לכל כד ובחירת הכד תהיה אקראית. תרגיל :10חבר בעיה בשביל הדיאגרמה הבאה. הוסף לדיאגרמה את המלים החסרות באופן שתתאמנה לבעיה שחיברת וכתוב תשובה לבעיה. 2/3 2/3 4/9 1/3 2/3 1/3 2/9 2/9 28 1/3 1/9