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绿皮书第四章(3)

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一个罐子中有10个红球,20个蓝球,30个绿球,逐个拿出来,问红球全部拿出来的时候,罐子中还剩蓝球和绿球的概率?

解答:就是这60个球排成一列,考察最后一个各个颜色的球的位置,要求顺序是红蓝绿或者红绿蓝的概率。

三个不好直接算,可以用条件概率转化为两种球的比较:

P(红蓝绿)=P(最后一个是绿色的)*P(在此基础上,红蓝两色球中最后一个是蓝色)=30/60*20/30=1/3

同理,P(红绿蓝)=1/4

则红球最先被拿完的概率是7/12

2. A,B轮流扔硬币,A先,如果出现一个HT,则扔出T的人获胜,问A获胜的概率?

解答:这种题目用到一种利用对称性的“角色互换”的思路。

P(A) = P(A|H)/2+ P(A|T)/2

A赢的概率等于A先扔出H然后赢的概率+A先扔出T然后赢的概率

A先扔出T之后,其实就相当于B先扔了,所以P(A|T)=P(B)=1-P(A)

P(A|H) = 1/2 * (1-P(A|H))

因为A扔出H之后,要想赢,只能B也扔出了H,然后这时A就相当于之前A扔出H的B。

综上,P(A)=4/9

3. 俄罗斯转盘问题:枪中有六个子弹,两个人轮流开枪,首先开枪的人死的概率多大?

解答:假设子弹在1号,那么如果第一个人刚开始的时候是对着奇数号,则第一个人死,偶数号则第二个人死,所以概率都是1/2

如果每次一个人开一枪之后都再转一次弹夹,首先开枪的人死的概率?

解答:假设首先开枪的人死的概率是p

p = 1/6 + 5/6 * (1-p)

用到了和上题类似的角色互换的思路,因为如果第一个人第一次没死,就相当于对方变成了第一个人。

如果随机放了两个子弹,第一个人打完没死,问第二个人是重新转一次弹夹更好还是不转更好?

解答:重新转一下的话,死亡概率1/3

不重新转的话,死亡概率2/5

所以应该重新转一下。

如果这两个子弹是挨着的,同样的问题,第二个人是否要重新转一下?

解答:重新转一下的话,死亡概率1/3

不重新转的话,比如子弹在1,2号,第一个人打的在3,4,5,6。所以现在打的是4,5,6,1,死亡的概率是1/4

所以不重新转。

4. 一副扑克52张,分给4人每人13张,问每个人都有A的概率?

解答:可以用和绿皮书第四章(1)第八题类似的方法。

所有牌排成一列,1-13给第一个人,14-26给第二个人这样

那么每个人都有A等价于四个A在1-13,14-26,27-39,40-52各一个

所以概率是1 * 39/51 * 26/50 * 13/49

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第一个A随便选,第二个在剩下的3*13个选,第三个在剩下的2*13选,最后一张在最后的13个位置选。

5. 赌徒破产问题:刚开始有i元,到N元或者输光为止。每次的获胜概率都是p,相互独立,问最终输光的概率?

解答:P(i)表示刚开始有i元最后输光的概率

则根据条件概率公式:P(i) = p*P(i+1) + (1-p)*P(i-1) for i>1

然后P(0)=1, P(N)=0

根据递推公式,移项之后得到一个等比数列,然后根据边界条件可以得到结果。更多细节可以参考:

从结果可以看出,如果N趋于无穷大(不输光就一直玩),即使p=0.5最后也一定会输光。

6. 投篮问题:一个运动员投100次,第一次没进,第二次进了,之后第i次投进的概率是之前i-1次的投进比例。问投完100次之后,进了50个的概率?

解答:这个题目前还没发现很直观的方法,需要先算前几项,然后猜测,用数学归纳法证明。投完三次之后,进1,2次的概率都是1/2

投完4次之后,进1,2,3个的概率都是1/3

假设投了i次之后,进1,2,...i-1个的概率都是1/(i-1)

那么投了i+1次之后:

进一个的概率:1/(i-1) * (i-1)/i = 1/i

进2~i-1 (j) 个的概率:1/(i-1) * (j-1)*/i + 1/(i-1) * (i-j)/i = 1/i

进i个和进一个的计算类似

所以概率都是1/i

则投100个之后,进1~99个的概率都是1/99

这个结论很有意思,我们知道如果每次都是独立同概率,投了很多次之后进的球数近似服从正态分布,而当每次的概率都是之前的频率的时候,进的球数就成了均匀分布。

7. 一个路口,任意连续20分钟内至少过一辆车的概率是609/625.问任意五分钟内至少过一辆车的概率?假设没有重叠的时间段是互相独立的。

解答:这个题目可以用泊松过程解答。也可以用二项分布解答,用二项分布的话,假设任意五分钟一辆车都没有的概率是p,则20分钟一辆车都没有的概率是p^4

则p^4 = 1-609/625

p = 0.4

则至少过一辆车的概率是0.6

用泊松过程的话,需要先求出强度,计算稍微繁琐一些。结果应该差不多。

8. 相遇问题:A,B两人都在1点到两点之间随机到地点C,等五分钟后离去,问他们相遇的概率?

解答:高中的几何概型典型题目。画图之后很简单,答案是23/144

9. 一个木棍,随机砍两次,称为三段,问这三段能组成一个三角形的概率?

解答:假设木棍长1,两次截断的位置分别为x, y,则x, y都是0到1的均匀分布

不失一般性可以假设x>y,利用几何概型,这时候总样本空间面积是1/2

而能围成三角形意味着y0.5, x-y

这三个直线围成的面积是1/8

所以概率是1/4

10. 标准正态分布的1,2,3,4阶矩?

解答:用矩母函数。这个可以记忆一下,前四阶矩分别是0,1,0,3

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