Умблик
Справочник вероятности
Правила вероятности
Вероятность и статистика · Правила вероятности

Умножение вероятностей и дерево опыта

Учитываем условие на каждом шаге, перемножаем вероятности пути и складываем подходящие пути.

9 минут на чтениеЗаданий для самопроверки: 3

Чему научимся

Правило нужно для задач с несколькими шагами, особенно при выборе без возвращения. Дерево показывает, какие условные вероятности перемножать вдоль пути и какие несовместимые пути затем складывать.

Главная идея. Общее правило умножения строит вероятность последовательного пути: P(A∩B) = P(A)P(B|A). На каждом следующем шаге учитывается вся уже пройденная история, поэтому независимость не требуется.

План рассуждения и проверка понимания
  1. Разбейте опыт на последовательные шаги и нарисуйте ветви, подписав вероятность каждого продолжения при условии истории до текущей вершины.
  2. Для одного конечного пути перемножьте подписи его ветвей, обновляя числители и знаменатели после выбора без возвращения.
  3. Если событию отвечают несколько листьев, сложите вероятности этих несовместимых путей и проверьте, что сумма всех листьев полного дерева равна единице.

Частая ошибка. Подставлять безусловную P(B) вместо P(B|A) в зависимом опыте или, найдя два подходящих порядка, перемножать их вероятности между собой вместо сложения.

Как проверить себя. Вдоль одного пути действует умножение условных вероятностей, между разными подходящими листьями — сложение; дерево наглядно разделяет эти две операции.

Схема к теме

Наглядная модель: Умножение вероятностей и дерево опыта

Учитываем условие на каждом шаге, перемножаем вероятности пути и складываем подходящие пути.

Наглядная модель: Умножение вероятностей и дерево опытаУчитываем условие на каждом шаге, перемножаем вероятности пути и складываем подходящие пути.умножениеусловныевероятностидеревопутьбез возвращенияУмножениевероятностей идерево опыта
  • Умножение вероятностей и дерево опыта → умножение
  • Умножение вероятностей и дерево опыта → условные вероятности
  • Умножение вероятностей и дерево опыта → дерево
  • Умножение вероятностей и дерево опыта → путь
  • Умножение вероятностей и дерево опыта → без возвращения
Схема связывает понятие «Умножение вероятностей и дерево опыта» с его ключевыми признаками. Вывод: Свяжите определение, условия и обозначения: тогда формула станет краткой записью уже понятной идеи.
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами

Для урны с тремя красными и двумя синими шарами объясните два пути события «разные цвета» без возвращения и почему их вероятности нужно сначала перемножить, а потом сложить.

В хорошем объяснении есть:

  • Записаны пути красный–синий и синий–красный с обновлённым знаменателем 4.
  • Объяснено, что шаги одного пути совместны последовательно, а два пути несовместимы.

Следующий шаг зависит от пройденного

Чтобы найти вероятность «сначала AA, затем BB», умножают вероятность первого события на вероятность второго при условии первого. Общее правило умножения не требует независимости; зависимость уже учтена в P(B∣A)P(B\mid A).

Если события независимы, условная вероятность совпадает с обычной, и формула упрощается до P(A)P(B)P(A)P(B). Именно это дополнительное условие позволяет умножать исходные вероятности без пересчёта.

Дерево как запись условий

Корень дерева — начало опыта. Из вершины выходят ветви возможных продолжений. Подпись ветви — вероятность этого продолжения с учётом всего пути до вершины. У ветвей, составляющих все взаимоисключающие продолжения, вероятности в сумме равны 11.

Вероятность полного пути получают умножением вероятностей его ветвей. Если событию подходят несколько разных конечных путей, их вероятности складывают: в одном выполнении опыта реализуется только один из этих путей.

Не складывайте вероятность короткого пути и его продолжения как несовместимые события: продолжение уже входит в первый случай. Сначала приведите рассматриваемые события к полным различимым путям одного дерева.

Пример без возвращения

В мешке три красных и два синих шара. После первого красного остаются два красных и два синих; после первого синего — три красных и один синий. Поэтому вероятность красного на втором шаге по этим двум ветвям равна соответственно 2/42/4 и 3/43/4.

Для двух красных подряд перемножаем (3/5)(2/4)=3/10(3/5)(2/4)=3/10. Использовать (3/5)2(3/5)^2 было бы ошибкой: состав мешка изменился. При возвращении и независимом перемешивании вероятность второго красного снова была бы 3/53/5.

Нулевые ветви

Если вероятность пути уже равна нулю, вероятность любого его продолжения тоже нулевая. Не нужно вычислять условную вероятность путём деления на ноль. Формальная запись цепочки с условными вероятностями используется только там, где соответствующие условия имеют положительную вероятность.

Три примера

  1. Событие AA имеет вероятность 0,70{,}7, а P(B∣A)=0,4P(B\mid A)=0{,}4. Вероятность обоих событий 0,7⋅0,4=0,280{,}7\cdot0{,}4=0{,}28.
  2. Из мешка с тремя красными и двумя синими шарами выбирают два без возвращения. Разные цвета дают пути красный–синий и синий–красный: (3/5)(2/4)+(2/5)(3/4)=3/5(3/5)(2/4)+(2/5)(3/4)=3/5.
  3. Три независимые попытки имеют вероятности успеха 0,80{,}8, 0,60{,}6, 0,50{,}5. Вероятность успеха во всех трёх 0,8⋅0,6⋅0,5=0,240{,}8\cdot0{,}6\cdot0{,}5=0{,}24. Постоянство вероятности здесь не требуется: это правило умножения, но не схема Бернулли с одним pp.

Формула, смысл и ограничения

Главные формулы с расшифровкой

P(A∩B)=P(A)P(B∣A),P(A)>0P(A\cap B)=P(A)P(B\mid A),\qquad P(A)>0

Формула словами: Для двух событий вероятность совместного наступления учитывает условие A.

P(A∩B∩C)=P(A)P(B∣A)P(C∣A∩B)P(A\cap B\cap C)=P(A)P(B\mid A)P(C\mid A\cap B)

Формула словами: Правило цепочки применимо, когда вероятности условий положительны.

От формулы к наблюдению

Попробуйте самостоятельно

Измените параметры и сопоставьте расчёт с результатами случайного эксперимента.

От простого к сложному

Проверьте себя

Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.

Открываем задание…

Открываем задание…

Открываем задание…

Источники и соглашения

Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.