Часть I

Элементарные вероятности

[170/99%]
Показать
LaTeX
Глава
Задача 1

Пусть Ω\Omega обозначает совокупность студентов Афинского университета, а A1,A2,A3,A4A_{1}, A_{2}, A_{3}, A_{4} — множества первокурсников, второкурсников, третьекурсников и четверокурсников соответственно. Кроме того, пусть FF обозначает множество студенток, а CC — множество студентов-киприотов. Выразите словами каждое из следующих множеств:

?
(a)

(A1∪A2)∩F(A_{1} \cup A_{2}) \cap F;

(b)

FC′FC';

(c)

A1F′CA_{1}F'C;

(d)

A3FC′A_{3}FC';

(e)

(A1∪A2)CF(A_{1} \cup A_{2})CF.

Задача 2

Дайте упрощённые формы множеств:

?
(a)

(A∪B)∩(A∪C)(A \cup B) \cap (A \cup C);

(b)

(A∪B)∩(A′∪B)(A \cup B) \cap (A' \cup B);

(c)

(A∪B)∩(A′∪B)∩(A′∪B′)(A \cup B) \cap (A' \cup B) \cap (A' \cup B').

Задача 3

Выразите каждое из следующих событий через события AA, BB и CC и операции дополнения, объединения и пересечения:

?
(a)

происходит хотя бы одно из событий AA, BB, CC;

(b)

происходит не более одного из событий AA, BB, CC;

(c)

не происходит ни одно из событий AA, BB, CC;

(d)

происходят все три события;

(e)

происходит ровно одно из событий AA, BB, CC;

(f)

происходят AA и BB, но не происходит CC;

(g)

происходит AA, а если нет, то не происходит и BB.

Постройте диаграмму Венна для каждого из перечисленных случаев.

Задача 4

Пусть Ω\Omega обозначает пространство элементарных исходов случайного эксперимента, состоящего в трёхкратном подбрасывании монеты. Пусть AA — событие, состоящее в том, что орёл выпадает ровно два раза, BB — событие, состоящее в том, что орёл выпадает не менее двух раз, а CC — событие, состоящее в том, что орёл выпадает после того, как хотя бы раз выпала решка.

?
(a)

Перечислите элементы AA, BB, CC;

(b)

Опишите события: (i) A′BA'B; (ii) A′B′A'B'; (iii) ACAC.

Задача 5

В каждом из упражнений 5--8 укажите число точек в пространстве элементарных исходов Ω\Omega и точки определённых в них событий.

В семье 4 ребёнка. Пусть даны события: AA: мальчики и девочки чередуются, BB: первый и четвёртый ребёнок — мальчики, CC: мальчиков столько же, сколько девочек, DD: три подряд идущих ребёнка одного пола.

?
Задача 6

Торговый агент составляет расписание посещений каждого из трёх городов aa, bb, cc, посещая каждый по два раза. AA: первый и последний визит приходятся на город aa.

?
Задача 7

Некоторые заболевания вызывают нарушения клеток, которые можно разделить на четыре категории. У каждого из 4 пациентов проводятся анализы крови, и в каждом случае отмечается категория. Пусть AA: все пациенты относятся к одной и той же категории, BB: два пациента относятся к одной и той же категории.

?
Задача 8

Лифт везёт двух человек и останавливается на трёх этажах. Пусть AA: они выходят на разных этажах, BB: один выходит на первом этаже.

?
Задача 9

Сколькими способами может одеться дама, имеющая 10 платьев, 5 пар туфель и 2 шляпы?

?
Задача 10

Сколькими способами можно расставить на книжной полке два произведения по три тома каждое и два произведения по четыре тома каждое так, чтобы тома одного и того же произведения не были разделены?

?
Задача 11

Сколькими способами можно распределить rr предметов между nn людьми, если нет ограничений на число предметов, которое может получить человек?

?
Задача 12

Сколькими способами можно рассадить 5 мальчиков и 5 девочек за круглым столом так, чтобы никакие два мальчика не сидели рядом?

?
Задача 13

На окружности выбрано восемь точек. Сколько хорд можно провести, соединяя эти точки всеми возможными способами? Если рассматривать 8 точек как вершины многоугольника, сколько можно образовать треугольников и сколько шестиугольников?

?
Задача 14

Сколькими способами можно рассадить nn человек за круглым столом, если 2 расположения считаются одинаковыми, когда у каждого человека одни и те же соседи справа и слева? На обеде, где nn человек рассаживаются случайным образом, какова вероятность того, что определённый муж окажется рядом со своей женой?

?
Задача 15

Сколькими способами можно распределить 20 новобранцев на 4 группы, каждая из которых состоит из 5 новобранцев? Сколькими способами их можно распределить по 4 лагерям, если каждый лагерь получает по 5 новобранцев?

?
Задача 16

Используя 7 согласных и 5 гласных букв, сколько слов, состоящих из 4 согласных и 3 гласных, можно составить?

?
Задача 17

Покажите, что для любого xx и любого положительного целого nn:

  1. (xn−1)+(xn)=(x+1n)\binom {x}{n-1} + \binom {x}{n} = \binom {x+1}{n};

  2. (xn)=(x−1n−1)+(x−2n−1)+⋯+(n−1n−1)\binom {x}{n} = \binom {x-1}{n-1} + \binom {x-2}{n-1} + \cdots + \binom {n-1}{n-1}.

?
Задача 18

Если nn, mm, rr — положительные целые числа, докажите, что

(m0)(n−mr)+(m1)(n−mr−1)+⋯+(mr)(n−m0)=(nr). \binom {m}{0}\binom {n-m}{r} + \binom {m}{1}\binom {n-m}{r-1} + \cdots + \binom {m}{r}\binom {n-m}{0} = \binom {n}{r}.
?
Задача 19

Для каждого целого n≥2n \geq 2 покажите следующее:

  1. 1−(n1)+(n2)+⋯+(−1)n(nn)=01 - \binom {n}{1} + \binom {n}{2} + \cdots + (-1)^{n}\binom {n}{n} = 0;

  2. (n1)+2(n2)+3(n3)+⋯=n2n−1\binom {n}{1} + 2\binom {n}{2} + 3\binom {n}{3} + \cdots = n2^{n-1};

  3. 2⋅1⋅(n2)+3⋅2⋅(n3)+4⋅3⋅(n4)+⋯=n(n−1)2n−22 \cdot 1 \cdot \binom {n}{2} + 3 \cdot 2 \cdot \binom {n}{3} + 4 \cdot 3 \cdot \binom {n}{4} + \cdots = n(n-1)2^{n-2}.

?
Задача 20

Используя треугольник Паскаля, покажите, что для любого aa и положительных целых rr, nn:

  1. ∑k=0n(a−kr)=(a+1r+1)−(a−nr+1)\displaystyle \sum_{k=0}^{n} \binom {a-k}{r} = \binom {a+1}{r+1} - \binom {a-n}{r+1};

  2. ∑k=0n(−1)k(ak)=(−1)n(a−1n)\displaystyle \sum_{k=0}^{n} (-1)^{k}\binom {a}{k} = (-1)^{n}\binom {a-1}{n}.

?
Задача 21

Используя результат упражнения 18, покажите, что

(n0)2+(n1)2+⋯+(nn)2=(2nn). \binom {n}{0}^{2} + \binom {n}{1}^{2} + \cdots + \binom {n}{n}^{2} = \binom {2n}{n}.
?
Задача 22

Используя результат упражнения 21, докажите, что

∑ν=0n(2n)!(ν!)2[(n−ν)!]2=(2nn)2. \sum _{\nu =0}^{n} \frac{(2n)!}{(\nu !)^{2}[(n-\nu )!]^{2}} = \binom {2n}{n}^{2}.
?
Задача 23

Используя биномиальную теорему, покажите методом индукции, что

∑k=1n(nk)(−1)k−1k=∑k=1n1k. \sum _{k=1}^{n} \binom {n}{k}\frac{(-1)^{k-1}}{k} = \sum _{k=1}^{n} \frac{1}{k}.
?
Задача 24

Как и в упражнении 23, покажите, что для положительных целых rr и nn

∑k=0n(k+r−1r−1)=(n+rr). \sum _{k=0}^{n} \binom {k+r-1}{r-1} = \binom {n+r}{r}.

Покажите, что это частный случай задачи 20(ii).

?
Задача 25

В разложении (1+x)n(1+x)^{n}, где x>0x > 0, а nn — положительное целое число, пусть aka_{k} — член, содержащий xkx^{k}. Найдите значения kk, при которых aka_{k} достигает максимума. Каков максимальный член разложения (1+e)100(1+e)^{100}?

?
Задача 26

Даны P(A)=1/3\mathbb {P}\left(A\right) = 1/3, P(B)=1/4\mathbb {P}\left(B\right) = 1/4, P(AB)=1/6\mathbb {P}\left(AB\right) = 1/6, найдите следующие вероятности:

P(A′),P(A′∪B),P(A∪B′),P(AB′),P(A′∪B′). \mathbb {P}\left(A'\right), \quad \mathbb {P}\left(A' \cup B\right), \quad \mathbb {P}\left(A \cup B'\right), \quad \mathbb {P}\left(AB'\right), \quad \mathbb {P}\left(A' \cup B'\right).
?
Задача 27

Даны P(A)=3/4\mathbb {P}\left(A\right) = 3/4 и P(B)=3/8\mathbb {P}\left(B\right) = 3/8, покажите, что:

?
(a)

P(A∪B)≥3/4\mathbb {P}\left(A \cup B\right) \geq 3/4,

(b)

1/8≤P(AB)≤3/81/8 \leq \mathbb {P}\left(AB\right) \leq 3/8. Приведите неравенства, аналогичные (а) и (б), для P(A)=1/3\mathbb {P}\left(A\right) = 1/3 и P(B)=1/4\mathbb {P}\left(B\right) = 1/4.

Задача 28

Для любых двух событий AA и BB покажите, что:

P(AB)−P(A)P(B)=P(A′)P(B)−P(A′B)=P(A)P(B′)−P(AB′). \mathbb {P}\left(AB\right) - \mathbb {P}\left(A\right)\mathbb {P}\left(B\right) = \mathbb {P}\left(A'\right)\mathbb {P}\left(B\right) - \mathbb {P}\left(A'B\right) = \mathbb {P}\left(A\right)\mathbb {P}\left(B'\right) - \mathbb {P}\left(AB'\right).
?
Задача 29

Методом индукции покажите, что для произвольных событий A1,A2,…,AnA_{1}, A_{2}, \ldots , A_{n} выполняется следующее неравенство (принадлежащее Бонферрони):

P(A1A2⋯An)≥∑i=1nP(Ai)−(n−1)=1−∑i=1nP(Aic). \mathbb {P}\left(A_{1}A_{2} \cdots A_{n}\right) \geq \sum _{i=1}^{n} \mathbb {P}\left(A_{i}\right) - (n-1) = 1 - \sum _{i=1}^{n} \mathbb {P}\left(A_{i}^{c}\right).
?
Задача 30

Для любых трёх событий AA, BB и CC покажите, что (ср. формулу (1.1), теорему Пуанкаре для nn событий A1,…,AnA_{1}, \ldots , A_{n}: P(A1∪A2∪⋯∪An)=S1−S2+⋯+(−1)n−1Sn\mathbb {P}\left(A_{1} \cup A_{2} \cup \cdots \cup A_{n}\right) = S_{1} - S_{2} + \cdots + (-1)^{n-1}S_{n}, где для каждого k=1,2,…,nk = 1, 2, \ldots , n, Sk=∑i1<i2<⋯<ikP(Ai1Ai2⋯Aik)S_{k} = \sum_{i_{1} < i_{2} < \cdots < i_{k}} \mathbb {P}\left(A_{i_{1}}A_{i_{2}} \cdots A_{i_{k}}\right), суммирование ведётся по всем сочетаниям из nn событий по kk)

P(A∪B∪C)=P(A)+P(B)+P(C)−P(AB)−P(AC)−P(BC)+P(ABC). \begin{align} \mathbb {P}\left(A \cup B \cup C\right) & = \mathbb {P}\left(A\right) + \mathbb {P}\left(B\right) + \mathbb {P}\left(C\right) - \mathbb {P}\left(AB\right) - \mathbb {P}\left(AC\right) \\ & \quad - \mathbb {P}\left(BC\right) + \mathbb {P}\left(ABC\right). \end{align}

Применение: Проценты студентов, сдавших курсы AA, BB и CC, таковы: AA: 50, BB: 40, CC: 30, AA и BB: 35, BB и CC: 20, и 15 сдали все три курса. Какой процент студентов преуспел хотя бы в одном из трёх курсов?

?
Задача 31

Ящик содержит шары, пронумерованные 1,2,…,n1, 2, \ldots , n. Шар вынимается случайно:

?
(a)

Какова вероятность того, что его номер делится на 3 или на 4?

(b)

Рассмотрите случай из (а) при n→∞n \rightarrow \infty.

Задача 32

Через P(A)\mathbb {P}\left(A\right), P(B)\mathbb {P}\left(B\right), P(C)\mathbb {P}\left(C\right), P(AB)\mathbb {P}\left(AB\right), P(AC)\mathbb {P}\left(AC\right), P(BC)\mathbb {P}\left(BC\right) и P(ABC)\mathbb {P}\left(ABC\right) выразите, для k=0,1,2,3k = 0, 1, 2, 3, вероятности того, что:

  1. произойдёт ровно kk из событий AA, BB и CC;

  2. произойдёт хотя бы kk из событий AA, BB, CC.

?
Задача 33

Методом индукции докажите теорему Пуанкаре, т.е. формулу (1.1).

?
Задача 34

Если d(A,B)=P(A△B)d(A,B) = \mathbb {P}\left(A \triangle B\right), покажите, что dd обладает всеми свойствами функции расстояния; симметрическая разность A△BA \triangle B между двумя множествами AA и BB определяется как A△B=AB′∪A′BA \triangle B = AB' \cup A'B.

?
Задача 35

Из урны со 100 билетами вынимают три выигрышных билета. Какова вероятность выигрыша для человека, купившего: (а) 4 билета? (б) только один билет?

?
Задача 36

Пекарня выпекает 80 буханок хлеба ежедневно. Десять из них — недовес. Инспектор случайно взвешивает 5 буханок. Какова вероятность того, что недовешенная буханка будет обнаружена?

?
Задача 37

Найдите вероятность того, что среди семи человек:

?
(a)

никакие двое не родились в один и тот же день недели (воскресенье, понедельник и т.д.);

(b)

по крайней мере двое родились в один и тот же день;

(c)

двое родились в воскресенье и двое во вторник.

Задача 38

Группа из 2N2N мальчиков и 2N2N девочек случайно делится на две равные группы. Какова вероятность того, что в каждой группе будет одинаковое число мальчиков и девочек?

?
Задача 39

Коэффициенты aa, bb, cc квадратного уравнения ax2+bx+c=0ax^{2} + bx + c = 0 определяются трёхкратным бросанием игральной кости. Найдите вероятности того, что: (а) корни действительны; (б) корни комплексны.

?
Задача 40

В игре покер «рука карт» означает 5 карт, случайно выбранных (без возвращения) из колоды в 52 карты. Какова вероятность того, что рука карт:

?
(a)

состоит из туза, дамы, валета, короля и десятки одной масти?

(b)

содержит 4 карты одного достоинства (тузы и т.д.)?

(c)

состоит из карт с последовательными значениями, за исключением тузов, валетов, королей и дам?

Задача 41

В бридже «рука карт» состоит из 13 карт, случайно вынутых (без возвращения) из колоды в 52 карты (52 карты равномерно распределяются между четырьмя игроками). Найдите вероятности того, что «рука карт» будет содержать:

  1. v1v_{1} треф, v2v_{2} пик и v3v_{3} бубен;

  2. vv тузов (v=0,1,…,4)(v = 0, 1, \ldots , 4);

  3. v1v_{1} тузов и v2v_{2} королей. В игре в бридж найдите вероятности того, что:

?
(a)

у каждого игрока есть туз;

(b)

у одного из игроков есть все тузы;

(c)

у одного из игроков v1v_{1} тузов, а у его партнёра v2v_{2} тузов (v1+v2≤4)(v_{1} + v_{2} \leq 4).

Задача 42

Шесть девочек должны войти в танец с 10 мальчиками, чтобы образовать круг так, чтобы каждая девочка оказалась между двумя мальчиками:

?
(a)

Какова вероятность того, что некий определённый мальчик окажется между 2 мальчиками?

(b)

Наблюдатель замечает, что определённая девочка входит рядом с определённым мальчиком. Случайно ли это?

Задача 43

Пять букв выбираются случайно одна за другой из 26 букв английского алфавита; (а) с возвращением, (б) без возвращения. Найдите для каждого из случаев (а) и (б) вероятности того, что образованное слово: (i) содержит букву «a», (ii) состоит из гласных, (iii) является словом «woman».

?
(a)
(b)
Задача 44

Докажите, что число способов, которыми rr неразличимых шаров можно разместить по nn ячейкам (или, эквивалентно, число различных решений уравнения x1+x2+⋯+xn=rx_{1} + x_{2} + \cdots + x_{n} = r, где xi≥0x_{i} \geq 0 (i=1,2,…,n)(i = 1, 2, \ldots , n) — целые числа), равно

(n+r−1n−1)=(n+r−1r). \binom {n+r-1}{n-1} = \binom {n+r-1}{r}.
?
Задача 45

Рассмотрим rr неразличимых шаров, случайно распределённых по nn ячейкам (статистика Бозе--Эйнштейна). Какова вероятность того, что ровно mm ячеек останутся пустыми?

?
Задача 46

Из обычной колоды в 52 карты карты вынимаются последовательно, пока не появится туз. Какова вероятность того, что первый туз появится: (а) на nn-м вытягивании? (б) после nn-й карты?

?
(a)
(b)
Задача 47

В классе vv учеников.

?
(a)

Какова вероятность того, что у по крайней мере двух учеников совпадает день рождения?

(b)

Каково минимальное значение vv, обеспечивающее вероятность 1/21/2 того, что по крайней мере у двоих совпадёт день рождения?

Задача 48

NN писем случайно раскладываются по NN конвертам. Покажите, что вероятность того, что каждое письмо будет вложено не в свой конверт, равна ∑k=2N(−1)k(1k!)\displaystyle \sum_{k=2}^{N} (-1)^{k} \left(\frac{1}{k!}\right).

?
Задача 49

Урна содержит nrnr шаров, пронумерованных 1,2,…,n1, 2, \ldots , n, так что rr шаров несут один и тот же номер ii для каждого i=1,2,…,ni = 1, 2, \ldots , n. Случайно, без возвращения, вынимается NN шаров. Найдите вероятность того, что

?
(a)

в выборке появится ровно mm номеров,

(b)

каждый из nn номеров появится хотя бы один раз.

Задача 50

(Продолжение задачи 49.) Шары вынимаются до тех пор, пока каждый из номеров 1,2,…,n1, 2, \ldots , n не появится хотя бы один раз. Какова вероятность того, что потребуется mm шаров?

?
Задача 51

NN мужчин выбегают из мужского клуба после пожара, и каждый берёт пальто и шляпу. Докажите, что:

?
(a)

вероятность того, что никто не возьмёт своё собственное пальто и шляпу, равна

∑k=1N(−1)k(N−k)!N! k!; \sum _{k=1}^{N} (-1)^{k} \frac{(N-k)!}{N! \, k!};
(b)

вероятность того, что каждый мужчина возьмёт чужое пальто и чужую шляпу, равна

[∑k=2N(−1)k1k!]2. \left[\sum _{k=2}^{N} (-1)^{k} \frac{1}{k!}\right]^{2}.
Задача 52

Предположим, что каждая упаковка стирального порошка TIDE содержит купон с одной из букв слова TIDE. Покупательница, собравшая все буквы этого слова, получает бесплатную упаковку. Все буквы имеют одинаковую вероятность появления в упаковке. Найдите вероятность того, что домохозяйка, купившая 8 упаковок, получит:

  1. одну бесплатную упаковку,

  2. две бесплатные упаковки.

?
Задача 53

Урна содержит N1N_{1} белых и N2N_{2} чёрных шаров. При случайном извлечении двух шаров вероятность того, что оба белые, равна 1/21/2.

?
(a)

Каково минимальное значение N1N_{1}?

(b)

Каково минимальное значение N1N_{1}, если N2N_{2} — чётное число?

(c)

Каково минимальное значение общего числа N=N1+N2N = N_{1} + N_{2} шаров в урне?

Задача 54

Если события AA, BB независимы, покажите, что пары (A,B′)(A, B'), (A′,B)(A', B), (A′,B′)(A', B') также состоят из независимых событий.

?
Задача 55

Если события AA, BB и CC взаимно независимы, то пары (A,BC)(A, BC), (B,AC)(B, AC), (C,AB)(C, AB) также состоят из независимых событий.

?
Задача 56

Пусть для независимых событий AA, BB и CC имеем P(A)=a\mathbb {P}\left(A\right) = a, P(A∪B∪C)=1−b\mathbb {P}\left(A \cup B \cup C\right) = 1 - b, P(ABC)=1−c\mathbb {P}\left(ABC\right) = 1 - c и P(A′B′C)=x\mathbb {P}\left(A'B'C\right) = x. Докажите, что вероятность xx удовлетворяет уравнению

ax2+[ab−(1−a)(a−c−1)]x+b(1−a)(1−c)=0. ax^{2} + \left[ab - (1 - a)(a - c - 1)\right]x + b(1 - a)(1 - c) = 0.

Отсюда заключите, что

c>(1−a)2+ab1−a. c > \frac{(1 - a)^{2} + ab}{1 - a}.

Кроме того, покажите, что

P(B)=(1−c)(x+b)ax,P(C)=xx+b. \mathbb {P}\left(B\right) = \frac{(1 - c)(x + b)}{ax}, \qquad \mathbb {P}\left(C\right) = \frac{x}{x + b}.
?
Задача 57

Пусть события A1,A2,…,AnA_{1}, A_{2}, \ldots , A_{n} независимы и P(Ai)=p\mathbb {P}\left(A_{i}\right) = p (i=1,2,…,ni = 1, 2, \ldots , n). Какова вероятность того, что:

?
(a)

произойдёт хотя бы одно из событий?

(b)

произойдёт хотя бы mm событий?

(c)

произойдёт ровно mm событий?

Задача 58

Игральная кость бросается до тех пор, пока не выпадет единица или 6. Известно, что при первых двух бросках единица не выпала. Какова вероятность того, что потребуется по меньшей мере три броска?

?
Задача 59

Родительская частица может разделиться на 0, 1 или 2 частицы с вероятностями 1/41/4, 1/21/2, 1/41/4 соответственно. После деления она исчезает. Начиная с одной частицы, прародительницы, обозначим через XiX_{i} число частиц в ii-м поколении. Найдите,

?
(a)

P(X2>0)\mathbb {P}\left(X_{2} > 0\right),

(b)

вероятность того, что X1=2X_{1} = 2, при условии, что X2=1X_{2} = 1.

Задача 60

Урна содержит nn шаров, пронумерованных 1,2,…,n1, 2, \ldots , n. Мы наугад выбираем rr шаров,

?
(a)

с возвращением,

(b)

без возвращения.

Какова вероятность того, что наибольший из выбранных номеров равен mm?

Задача 61

Две спортивные команды AA и BB играют серию независимых игр до тех пор, пока одна из них не выиграет 4 игры. Вероятность выигрыша каждой команды в каждой игре равна 1/21/2. Найдите вероятность того, что серия закончится,

?
(a)

не более чем за 6 игр,

(b)

за 6 игр, при условии, что команда AA выиграла первые две игры.

Задача 62

Подозревают, что пациент болен одной из болезней A1A_{1}, A2A_{2}, A3A_{3}. Предположим, что доли населения, страдающего этими заболеваниями, относятся как 2:1:12:1:1. Пациенту делают тест, который оказывается положительным в 25%25\% случаев болезни A1A_{1}, в 50%50\% случаев A2A_{2} и в 90%90\% случаев A3A_{3}. Известно, что из трёх тестов, пройденных пациентом, два оказались положительными; найдите вероятность каждого из трёх заболеваний.

?
Задача 63

Население Никосии (Кипр) на 75%75\% состоит из греков и на 25%25\% из турок. 20%20\% греков и 10%10\% турок говорят по-английски. Приезжий встречает человека, говорящего по-английски. Какова вероятность того, что это грек? Дайте интерпретацию своего ответа в терминах населения города.

?
Задача 64

Два рассеянных соседа по комнате, математики, тем или иным образом забывают свои зонты. AA всегда берёт зонт, когда выходит из дома, тогда как BB забывает взять зонт с вероятностью 1/21/2. Каждый из них забывает зонт в магазине с вероятностью 1/41/4. Посетив три магазина, они возвращаются домой. Найдите вероятность того, что:

?
(a)

у них оба зонта;

(b)

у них только один зонт;

(c)

BB потерял свой зонт, при условии, что после их возвращения остался только один зонт.

Задача 65

Рассмотрим семьи с nn детьми и пусть AA — событие, состоящее в том, что в семье есть дети обоих полов, и пусть BB — событие, состоящее в том, что в семье не более одной девочки. Покажите, что единственное значение nn, при котором события AA и BB независимы, есть n=3n = 3, предполагая, что каждый ребёнок с вероятностью 1/21/2 является мальчиком.

?
Задача 66

При вступительном экзамене в колледж каждый абитуриент принимается или отклоняется в зависимости от того, прошёл он тест или нет. Из действительно способных абитуриентов тест проходят 80%80\%; а из неспособных тест проходят 25%25\%. Известно, что 40%40\% абитуриентов действительно способны; найдите долю способных студентов колледжа.

?
Задача 67

AA и BB бросают по очереди пару игральных костей в указанном порядке. AA выигрывает, если он наберёт 6 очков раньше, чем BB наберёт 7 очков, в противном случае выигрывает BB. Если первым начинает AA, какова его вероятность выигрыша?

?
Задача 68

Три игрока P1P_{1}, P2P_{2} и P3P_{3} бросают кость в указанном порядке, и, по правилам игры, победителем будет тот, кто первым выбросит единицу. Найдите их вероятности выигрыша.

?
Задача 69

NN игроков A1,A2,…,ANA_{1}, A_{2}, \ldots , A_{N} бросают несимметричную монету, вероятность выпадения герба у которой равна pp. A1A_{1} начинает (игру), A2A_{2} играет вторым и т.д. Первый, кто выбросит герб, выигрывает. Найдите вероятность того, что победителем окажется AkA_{k} (k=1,2,…,Nk = 1, 2, \ldots , N).

?
Задача 70

Урна AA содержит w1w_{1} белых шаров и b1b_{1} чёрных шаров. Урна BB содержит w2w_{2} белых шаров и b2b_{2} чёрных шаров. Шар вынимается из AA и кладётся в BB, а затем шар переносится из BB в AA. Наконец, шар выбирается из AA. Какова вероятность того, что этот шар будет белым?

?
Задача 71

Десять процентов некоторой популяции страдают серьёзным заболеванием. Человеку, подозреваемому в этом заболевании, проводят два независимых теста. Каждый тест ставит правильный диагноз в 90%90\% случаев. Найдите вероятность того, что человек действительно болен:

?
(a)

при условии, что оба теста положительны;

(b)

при условии, что положителен только один тест.

Задача 72

Игрок наугад выбирает одну из монет AA, BB. Монета AA имеет вероятность выпадения герба 3/43/4, а монета BB — вероятность выпадения герба 1/41/4. Он подбрасывает монету дважды.

?
(a)

Найдите вероятность того, что он получит: (i) два герба, (ii) только один герб.

(b)

Вместо описанной выше процедуры предположим, что игрок может выбрать симметричную (правильную) монету, которую он подбрасывает дважды. Какую процедуру ему следует выбрать, чтобы максимизировать вероятность появления хотя бы одного герба?

Задача 73

Урна AA содержит 5 чёрных шаров и 6 белых шаров, а урна BB содержит 8 чёрных шаров и 4 белых шара. Два шара переносятся из BB в AA, а затем из AA вынимается шар.

?
(a)

Какова вероятность того, что этот шар белый?

(b)

При условии, что вынутый шар белый, какова вероятность того, что в AA был перенесён хотя бы один белый шар?

Задача 74

Тест Папаниколау ставит правильный диагноз с вероятностью 95%95\%. При условии, что тест для некоторой женщины положителен, какова вероятность того, что она действительно больна? Как вы интерпретируете этот результат? Предположите, что в среднем одна из каждых 2000 женщин больна.

?
Задача 75

Секретарша добирается на работу одним из трёх маршрутов AA, BB, CC. Её выбор маршрута не зависит от погоды. Если идёт дождь, вероятности опоздания при следовании маршрутами AA, BB, CC равны 0.060.06, 0.150.15, 0.120.12 соответственно. Соответствующие вероятности, если дождя нет, равны 0.050.05, 0.100.10, 0.150.15.

?
(a)

При условии, что в солнечный день она опаздывает, какова вероятность того, что она выбрала маршрут CC? Предположите, что в среднем один из каждых четырёх дней дождливый.

(b)

При условии, что в некоторый день она опаздывает, какова вероятность того, что этот день дождливый?

Задача 76

На художественной выставке представлено 12 картин, из которых 10 подлинные. Посетитель наугад выбирает картину и, прежде чем решить, покупать ли её, спрашивает мнение эксперта о подлинности картины. Эксперт прав в среднем в 9 из 10 случаев.

?
(a)

При условии, что эксперт решает, что картина подлинная, какова вероятность того, что это действительно так?

(b)

Если эксперт решает, что картина является копией, то посетитель возвращает её и выбирает другую; какова вероятность того, что его второй выбор — подлинник?

Задача 77

Какова условная вероятность того, что покерная рука (см. упражнение 40) состоит из пик, при условии, что она состоит из чёрных карт?

Примечание: из 52 карт обычной колоды 13 пик и 13 треф являются чёрными, тогда как 13 червей и 13 бубён — красными.

?
Задача 78

Вероятность pkp_{k} того, что в семье kk детей, задаётся формулой p0=p1=ap_{0} = p_{1} = a, pk=(1−2a)2−(k−1)p_{k} = (1 - 2a)2^{-(k - 1)} (k≥2k \geq 2). Известно, что в семье два мальчика. Какова вероятность того, что:

?
(a)

в семье только двое детей?

(b)

в семье есть также две девочки?

Задача 79

Усилитель может перегореть одним или обоими предохранителями, если одна или обе его лампы неисправны. Пусть события:

Ai:неисправна только лампа i (i=1,2); A_{i}: \text{неисправна только лампа } i \ (i = 1, 2); A3:неисправны обе лампы; A_{3}: \text{неисправны обе лампы}; Bj:предохранитель j перегорает (j=1,2); B_{j}: \text{предохранитель } j \text{ перегорает} \ (j = 1, 2); B3:оба предохранителя перегорают. B_{3}: \text{оба предохранителя перегорают}.

Условные вероятности перегорания предохранителей (при заданном состоянии ламп, т.е. P(Bj∣Ai)\mathbb {P}\left( B_{j} \mid A_{i} \right)), приведены в следующей таблице:

i/jB1B2B3A10.70.20.1A20.30.60.1A30.20.20.6 \begin{array}{c|ccc} i / j & B_{1} & B_{2} & B_{3} \\ \hline A_{1} & 0.7 & 0.2 & 0.1 \\ A_{2} & 0.3 & 0.6 & 0.1 \\ A_{3} & 0.2 & 0.2 & 0.6 \end{array}

Найдите вероятности того, что:

?
(a)

неисправны обе лампы, при условии, что перегорели оба предохранителя;

(b)

неисправна только лампа 2, при условии, что перегорели оба предохранителя;

(c)

неисправна только лампа 2, при условии, что перегорел хотя бы один предохранитель.

События A1A_{1}, A2A_{2}, A3A_{3} имеют вероятности 0.30.3, 0.20.2, 0.10.1 соответственно.

Глава
Задача 80

Урна содержит 7 белых шаров, пронумерованных 1,2,…,71, 2, \ldots , 7, и 3 чёрных шара, пронумерованных 8,9,108, 9, 10. Наугад выбираются пять шаров,

?
(a)

с возвращением;

(b)

без возвращения.

Для каждого из случаев (а) и (б) найдите распределение:

  1. числа белых шаров в выборке;

  2. минимального номера в выборке;

  3. максимального номера в выборке;

  4. минимального числа шаров, необходимых для выбора белого шара.

Задача 81

(Продолжение задачи 80.) Урна содержит 7 белых шаров, пронумерованных 1,2,…,71, 2, \ldots , 7, и 3 чёрных шара, теперь пронумерованных 1,21, 2 и 33 (вместо 8,9,108, 9, 10, как в задаче 80). Наугад выбираются пять шаров, (а) с возвращением, (б) без возвращения. Как и в задаче 80, найдите для каждого из случаев (а) и (б) распределение:

  1. числа белых шаров в выборке;

  2. минимального номера в выборке;

  3. максимального номера в выборке;

  4. минимального числа шаров, необходимых для выбора белого шара.

?
Задача 82

Станок в нормальном режиме производит изделия, из которых 4%4\% бракованные. Каждый час производитель берёт выборку размера 10 для контроля. Если выборка не содержит бракованных изделий, он не останавливает станок. Какова вероятность того, что станок не будет остановлен, когда он начнёт производить изделия, из которых бракованными являются 10%10\%.

?
Задача 83

Одна тысячная населения подвержена определённым видам несчастных случаев ежегодно. Известно, что страховая компания застраховала 5000 человек из этого населения; найдите вероятность того, что не более 2 человек попадут в такой несчастный случай.

?
Задача 84

Некоторая авиакомпания, заметив, что 5%5\% лиц, забронировавших место на рейс, не являются на посадку, продаёт 100 мест на самолёт, имеющий 95 мест. Какова вероятность того, что места хватит для каждого, кто явится на рейс?

?
Задача 85

Рабочие на фабрике попадают в несчастные случаи со скоростью два несчастных случая в неделю. Вычислите вероятность того, что произойдёт не более двух несчастных случаев,

  1. за 1 неделю,

  2. за 2 недели,

  3. в каждой из 2 недель.

?
Задача 86

Предположим, что уровень самоубийств в некотором штате составляет четыре самоубийства на миллион жителей в месяц. Найдите вероятность того, что в некотором городе с населением 500 000 человек произойдёт не более четырёх самоубийств за месяц. Показалось бы вам удивительным, если бы в течение 1 года было по меньшей мере 2 месяца, в которых произошло более четырёх самоубийств?

?
Задача 87

Монета бросается 30 раз. Для n=1,2,…,20n = 1, 2, \ldots , 20 найдите условную вероятность того, что выпадет ровно 10+n10+n гербов, при условии, что первые 10 бросков дали гербы. Покажите, что условная вероятность того, что 10+n10+n бросков дадут гербы, при условии, что герб выпал не менее десяти раз, равна

(3010+n)12n∑k=020(3010+k)12k. \frac{\displaystyle \binom {30}{10+n}\frac{1}{2^{n}}}{\displaystyle \sum _{k=0}^{20} \binom {30}{10+k}\frac{1}{2^{k}}}.
?
Задача 88

Сколько детей должно быть в семье, чтобы с вероятностью 0.95 в ней был хотя бы один мальчик и хотя бы одна девочка.

?
Задача 89

Покажите, что вероятности Пуассона p(k∣λ)p(k \mid \lambda ) удовлетворяют рекуррентному соотношению

p(k∣λ)=λkp(k−1∣λ), p(k \mid \lambda ) = \frac{\lambda }{k}p(k-1 \mid \lambda ),

и, отсюда, определите значения kk, при которых члены p(k∣λ)p(k \mid \lambda ) достигают максимума (при заданном λ\lambda).

?
Задача 90

Проверьте, что каждая из следующих функций ff является плотностью распределения вероятностей, и постройте её график.

?
(a)

f(x)=1−∣1−x∣при 0<x<2\displaystyle f(x) = 1-\left|1-x\right| \qquad \text{при } 0 < x < 2

(b)

f(x)=1πββ2+(x−a)2при −∞<x<∞,\displaystyle f(x) = \frac{1}{\pi }\frac{\beta }{\beta^{2}+(x-a)^{2}} \qquad \text{при } -\infty < x < \infty ,

(c)

f(x)=12σe−(∣x−μ∣)/σпри −∞<x<∞,\displaystyle f(x) = \frac{1}{2\sigma }e^{-(\left|x-\mu \right|)/\sigma } \qquad \text{при } -\infty < x < \infty ,

(d)

f(x)=14xe−x/2при 0<x<∞.\displaystyle f(x) = \tfrac {1}{4}xe^{-x/2} \qquad \text{при } 0 < x < \infty .

Задача 91

Количество хлеба (в сотнях килограммов), которое пекарня продаёт за день, является случайной величиной с плотностью

f(x)={cxпри 0≤x<3,c(6−x)при 3≤x<6,0в противном случае. f(x) = \begin{cases} cx & \text{при } 0 \leq x < 3, \\ c(6-x) & \text{при } 3 \leq x < 6, \\ 0 & \text{в противном случае.} \end{cases}
  1. Найдите значение cc, при котором ff является плотностью распределения вероятностей.

  2. Какова вероятность того, что количество килограммов хлеба, проданного за день, составит (а) более 300 килограммов? (б) от 150 до 450 килограммов?

  3. Обозначьте через AA и BB события из (а) и (б) соответственно. Независимы ли события AA и BB?

?
Задача 92

Предположим, что продолжительность (в минутах) междугородных телефонных разговоров подчиняется показательному закону плотности;

f(x)=15e−x/5при x>0. f(x) = \tfrac {1}{5}e^{-x/5} \qquad \text{при } x > 0.

Найдите вероятность того, что продолжительность разговора:

?
(a)

превысит 5 минут;

(b)

составит от 5 до 6 минут;

(c)

будет менее 3 минут;

(d)

будет менее 6 минут, при условии, что она была больше 3 минут.

Задача 93

Число наугад выбирается из интервала (0,1)(0, 1). Какова вероятность того, что:

?
(a)

его первая десятичная цифра будет 1;

(b)

его вторая десятичная цифра будет 5;

(c)

первая десятичная цифра его квадратного корня будет 3?

Задача 94

Рост мужчин распределён нормально со средним μ=167\mu = 167 см и стандартным отклонением σ=3\sigma = 3 см.

  1. Какова доля мужского населения, имеющего рост,

    1. больше 167 см,

    2. больше 170 см,

    3. от 161 см до 173 см?

  2. В случайной выборке из четырёх мужчин какова вероятность того, что:

    1. все будут иметь рост больше 170 см;

    2. двое будут иметь рост меньше среднего (а двое — больше среднего)?

?
Задача 95

Станок производит болты, длина которых (в сантиметрах) подчиняется нормальному закону со средним 5 и стандартным отклонением σ=0.2\sigma = 0.2. Болт считается бракованным, если его длина выходит за пределы интервала (4.8,5.2)(4.8, 5.2).

?
(a)

Какова доля бракованных болтов, производимых этим станком?

(b)

Какова вероятность того, что среди десяти болтов ни один не окажется бракованным?

Задача 96

Рассмотрим магазин, в который покупатели прибывают случайным образом со скоростью двадцать человек в час. Какова вероятность того, что интервалы времени между последовательными прибытиями будут:

?
(a)

короче 3 минут;

(b)

длиннее 4 минут.

(c)

Предположим, что 10%10\% покупателей покупают определённый товар. Найдите распределение числа покупателей, которые покупают товар за час.

Задача 97

Если XX — непрерывная случайная величина с функцией распределения FF и плотностью ff, покажите, что случайная величина Y=X2Y = X^{2} также непрерывна, и выразите её функцию распределения и плотность через FF и ff.

?
Задача 98

(Продолжение задачи 97.) Найдите плотность Y=X2Y = X^{2}, когда XX имеет:

?
(a)

нормальное распределение N(μ,σ2)N(\mu , \sigma^{2});

(b)

распределение Лапласа (см. (2.9));

(c)

распределение Коши (см. (2.12)).

Задача 99

Как в упражнениях 97 и 98, с Y=∣X∣Y = \left|X\right|.

?
(a)
(b)
(c)
Задача 100

Если log⁡X\log X распределён нормально, то говорят, что XX имеет логнормальное распределение. Найдите его плотность.

?
Глава
Задача 101

Покажите, что интеграл ∫−∞+∞∣x−m∣f(x) dx\int_{-\infty }^{+\infty } \left|x - m\right| f(x)\, dx достигает минимума, когда mm — медиана распределения с плотностью ff.

?
Задача 102

Пусть f(x)f(x) обозначает плотность случайной величины XX. Предположим, что XX имеет распределение, симметричное относительно aa, то есть f(x+a)=f(a−x)f(x + a) = f(a - x) для всех xx. Покажите, что среднее значение E[X]\mathbb {E}\left[X\right] равно aa, при условии, что оно существует.

?
Задача 103

Покажите, что E[XY]2≤E[X2]E[Y2]\mathbb {E}\left[XY\right]^{2} \leq \mathbb {E}\left[X^{2}\right] \mathbb {E}\left[Y^{2}\right], при условии, что вторые моменты существуют.

?
Задача 104

Покажите, что ∣E[X]∣≤E[∣X∣]\left|\mathbb {E}\left[X\right]\right| \leq \mathbb {E}\left[\left|X\right|\right].

?
Задача 105

Для каждого множества AA вещественных чисел определим индикаторную функцию

IA(x)={1,если x∈A,0,если x∉A. I_{A}(x) = \begin{cases} 1, & \text{если } x \in A, \\ 0, & \text{если } x \notin A. \end{cases}

Покажите, что

P(A)=E[IA(X)]=∫AdFX(x). \mathbb {P}\left(A\right) = \mathbb {E}\left[I_{A}(X)\right] = \int _{A} dF_{X}(x).
?
Задача 106

Если E[X]=E[X2]=0\mathbb {E}\left[X\right] = \mathbb {E}\left[X^{2}\right] = 0, покажите, что P(X=0)=1\mathbb {P}\left(X = 0\right) = 1.

?
Задача 107

Покажите, что среднее значение μ\mu случайной величины XX обладает свойством

min⁡cE[(X−c)2]=E[(X−μ)2]=Var⁡[X]. \min _{c} \mathbb {E}\left[(X - c)^{2}\right] = \mathbb {E}\left[(X - \mu )^{2}\right] = \operatorname {Var}\left[X\right].
?
Задача 108

Покажите, что для непрерывной случайной величины XX с плотностью ff и функцией распределения FF

μ=E[X]=∫0+∞[1−F(x)] dx−∫−∞0F(x) dx. \mu = \mathbb {E}\left[X\right] = \int _{0}^{+\infty } [1 - F(x)]\, dx - \int _{-\infty }^{0} F(x)\, dx.

Следовательно, на приведённом ниже графике μ=area⁡(A)−area⁡(B)\mu = \operatorname {area}(A) - \operatorname {area}(B).

?
Задача 109

Если nn-й момент случайной величины XX с функцией распределения FF существует, покажите, что

E[(X−c)k]=k∫c∞(x−c)k−1[1−F(x)] dx−k∫−∞c(x−c)k−1F(x) dx,1≤k≤n. \mathbb {E}\left[(X - c)^{k}\right] = k \int _{c}^{\infty } (x - c)^{k-1} [1 - F(x)]\, dx - k \int _{-\infty }^{c} (x - c)^{k-1} F(x)\, dx, \qquad 1 \leq k \leq n.
?
Задача 110

Покажите, что первые nn моментов определяют первые nn центральных моментов и, обратно, что первые nn центральных моментов вместе со средним определяют первые nn моментов.

?
Задача 111

Если XX ограничена, т.е. существует такая константа k<∞k < \infty, что P(∣X∣≤k)=1\mathbb {P}\left(\left|X\right| \leq k\right) = 1, то XX имеет моменты любого порядка.

?
Задача 112

Если момент nn-го порядка μn′\mu_{n}' существует, покажите, что существуют все μk′\mu_{k}' (k=1,2,…,n−1k = 1, 2, \ldots , n - 1).

?
Задача 113

Покажите, что необходимым условием существования среднего случайной величины с функцией распределения FF является

lim⁡x→−∞xF(x)=lim⁡x→+∞x[1−F(x)]=0. \lim _{x \to -\infty } x F(x) = \lim _{x \to +\infty } x [1 - F(x)] = 0.
?
Задача 114

В лотерее выбирается nn чисел из NN чисел 1,2,…,N1, 2, \ldots , N. Найдите дисперсию суммы SnS_{n} выбранных чисел.

?
Задача 115

Урна содержит N1N_{1} белых шаров и N2N_{2} чёрных шаров; nn шаров извлекаются наугад,

?
(a)

с возвращением,

(b)

без возвращения.

Каково математическое ожидание числа белых шаров в выборке?

Задача 116

Студент сдаёт тест с выбором ответа, состоящий из двух задач. В первой имеется 3 возможных ответа, а во второй — 5. Студент наугад выбирает по одному ответу как верный из каждой из двух задач. Найдите:

?
(a)

математическое ожидание E[X]\mathbb {E}\left[X\right] числа верных ответов XX у студента;

(b)

Var⁡[X]\operatorname {Var}\left[X\right].

Обобщите.

Задача 117

В лотерее, где продаётся 3000 билетов, первый лот выигрывает $1000, второй — $500, а следующие за ними пять лотов выигрывают по $100 каждый. Каково математическое ожидание выигрыша человека, заплатившего 1 доллар за билет?

?
Задача 118

Игральную кость бросают до тех пор, пока результат «единица или чётное число» не появится три раза. Найдите математическое ожидание числа бросков:

?
(a)

за одно проведение эксперимента;

(b)

за десять повторений.

Задача 119

AA платит 1 доллар за каждое участие в следующей игре: бросаются три игральные кости; если выпадает одна единица, он получает 1 доллар, если выпадают две единицы — 2 доллара, а если выпадают три единицы — 8 долларов; в противном случае он не получает ничего. Является ли игра справедливой, т.е. равно ли математическое ожидание выигрыша игрока нулю? Если нет, сколько должен получать игрок при выпадении трёх единиц, чтобы игра стала справедливой?

?
Задача 120

У игрока есть 15 долларов. Если при первом броске выпадает орёл, он получает 1 доллар и выходит из игры. Если выпадает решка, он ставит 2 доллара, и если выигрывает второй бросок, выходит из игры; в противном случае он продолжает играть со ставкой 4 доллара. Если он проигрывает, он ставит оставшуюся сумму — 8 долларов. Каково математическое ожидание выигрыша игрока?

?
Задача 121

Из посылок, отправленных за границу, 10 никогда не достигают адресата. Две книги можно отправить по отдельности или в одной посылке. Каждая книга стоит $2. Почтовые расходы за каждую книгу, отправленную отдельно, составляют 10¢, а за обе книги в одной посылке — 15¢. Для каждого из двух способов отправки найдите:

?
(a)

вероятность того, что обе книги достигнут адресата;

(b)

вероятность того, что хотя бы одна книга достигнет адресата;

(c)

математическое ожидание чистой (за вычетом почтовых расходов) стоимости товаров, достигших адресата.

По каждому из трёх критериев (а), (б) и (в), какой способ отправки предпочтительнее?

Задача 122
?
(a)

Две одинаковые монеты подбрасываются один раз таким образом, что если на одной выпадает орёл, то и на другой тоже (зависимые). Пусть P(орёл)=p\mathbb {P}\left(\text{орёл}\right) = p, а XX — общее число выпавших орлов. Найдите математическое ожидание и дисперсию случайной величины XX.

(b)

Две разные монеты с вероятностями выпадения орла p1p_{1} и p2p_{2} подбрасываются независимо. Найдите математическое ожидание и дисперсию случайной величины XX, определённой как в (а).

Задача 123

Пусть XX — случайная величина с функцией распределения

F(x)={1−0.8e−x,x≥0,0,x<0. F(x) = \begin{cases} 1 - 0.8 e^{-x}, & x \geq 0, \\ 0, & x < 0. \end{cases}

Постройте график F(x)F(x), а затем вычислите E[X]\mathbb {E}\left[X\right]. Приведите пример случайной величины XX, имеющей указанное распределение.

?
Задача 124

Если случайная величина XX имеет распределение N(μ,1)\mathscr {N}\left(\mu , 1\right), покажите, что случайная величина Y=[1−Φ(X)]/φ(X)Y = [1 - \Phi (X)]/\varphi (X), где Φ\Phi и φ\varphi обозначают функцию распределения и плотность N(0,1)\mathscr {N}\left(0, 1\right) соответственно, имеет математическое ожидание 1/μ1/\mu.

?
Задача 125

Усечённое распределение Пуассона с отсутствующим нулевым классом имеет функцию вероятности

P(X=k)=λk(eλ−1)k!,k=1,2,…. \mathbb {P}\left(X = k\right) = \frac{\lambda ^{k}}{(e^{\lambda } - 1) k!}, \qquad k = 1, 2, \ldots .

Найдите E[X]\mathbb {E}\left[X\right] и Var⁡[X]\operatorname {Var}\left[X\right].

?
Глава
Задача 126

Три игрока AA, BB и CC играют в игру следующим образом: на первом этапе AA и BB играют друг против друга, а CC не участвует в игре. Победитель играет против CC на втором этапе. Затем победитель второй игры играет против последнего проигравшего, и так далее. Победителем объявляется тот, кто выигрывает две игры подряд. Найдите элементы (элементарные события) пространства элементарных исходов Ω\Omega всех возможных исходов игры. Если вероятность выигрыша каждого игрока в игре равна 1/21/2, определите вероятности соответствующих возможных исходов и покажите, что их сумма равна единице.

?
Задача 127

Симметричную монету подбрасывают до тех пор, пока один и тот же результат не появится дважды подряд. Опишите пространство элементарных исходов через результаты Р («решка») и О («орёл»). Найдите вероятности событий:

?
(a)

эксперимент завершается не позднее седьмого испытания;

(b)

требуется чётное число испытаний.

Каково математическое ожидание числа испытаний?

Задача 128

Пара игральных костей подбрасывается шесть раз. Какова вероятность того, что все грани появятся дважды?

?
Задача 129

Колода из 52 карт разделена между четырьмя игроками так, что каждый из них получает по 13 карт (игра в бридж). Найдите вероятность того, что хотя бы у одного игрока будет полная масть (пики, червы, бубны, трефы).

?
Задача 130

Две монеты C1C_{1} и C2C_{2} имеют вероятность выпадения орла p1p_{1} и p2p_{2} соответственно. Вы выигрываете пари, если за три подбрасывания получите не менее двух орлов подряд. Вы подбрасываете монеты поочерёдно, начиная с любой из них. Если p1>p2p_{1} > p_{2}, какую монету вам следует выбрать для начала игры?

?
Задача 131

В шкафу находится десять пар обуви. Наугад выбирают четыре предмета обуви. Найдите вероятность того, что среди четырёх выбранных предметов найдётся хотя бы одна пара.

?
Задача 132

Пусть NN ячеек пронумерованы 1,2,…,N1, 2, \ldots , N. Мы наугад бросаем в них шары. Процесс продолжается до тех пор, пока шар не попадёт в ячейку с номером 1. Какова вероятность того, что:

?
(a)

потребуется nn бросков?

(b)

потребуется более nn бросков?

Задача 133

(Продолжение задачи 132.) Процесс завершается, когда какая-либо из ячеек получает два шара.

?
(a)

Какова вероятность того, что потребуется более nn бросков?

(b)

Каково математическое ожидание числа бросков?

Задача 134

Из обычной колоды карт мы вытягиваем карты одну за другой. Какова вероятность того, что:

?
(a)

nn-я карта окажется первым тузом?

(b)

первый туз появится среди первых nn карт?

Задача 135

52 карты обычной колоды выкладываются последовательно одна за другой слева направо. Найдите вероятность того, что тринадцатая пика появится раньше тринадцатой бубны.

?
Задача 136

Три шара извлекаются наугад один за другим без возвращения из nn шаров, пронумерованных 1,2,…,n1, 2, \ldots , n. Найдите вероятность того, что номер первого шара будет меньше номера второго шара.

?
Задача 137

Урна содержит mm видов объектов, все в одинаковой пропорции. Объекты извлекаются с возвращением, один за другим, пока каждый вид не появится хотя бы один раз. Какова вероятность pνp_{\nu } того, что потребуется ν\nu объектов?

?
Задача 138

Продавец газет получает каждый день nn экземпляров для продажи. Число XX проданных экземпляров — случайная величина, имеющая распределение Пуассона с параметром λ\lambda. За каждый проданный экземпляр он зарабатывает 1 цент, за каждый непроданный — теряет bb центов. Пусть YY обозначает чистый выигрыш продавца. Найдите:

?
(a)

E[Y]\mathbb {E}\left[Y\right];

(b)

сколько газет ему следует получать каждый день, чтобы максимизировать прибыль?

Задача 139

Три числа выбираются наугад одно за другим без возвращения из nn чисел 1,2,…,n1, 2, \ldots , n. Какова вероятность того, что первое выбранное число окажется наименьшим, а второе — наибольшим?

?
Задача 140

События AA, BB и CC независимы, причём P(A)=0.2\mathbb {P}\left(A\right) = 0.2, P(B)=0.3\mathbb {P}\left(B\right) = 0.3 и P(C)=0.1\mathbb {P}\left(C\right) = 0.1. Найдите вероятность того, что произойдут хотя бы два из трёх событий.

?
Задача 141

Мы одновременно бросаем четыре монеты, а затем повторяем бросок ещё раз. Какова вероятность того, что второй бросок даст ту же конфигурацию, что и первый, если монеты:

?
(a)

различимы;

(b)

неразличимы.

Задача 142

Урна содержит ww белых шаров и bb чёрных шаров. Мы извлекаем шары последовательно и без возвращения один за другим, пока белый шар не появится впервые. Пусть XX — требуемое число извлечений. Найдите:

?
(a)

распределение XX;

(b)

E[X]\mathbb {E}\left[X\right].

(c)

Используя результат (а), покажите тождество

1+n−wn−1+(n−w)(n−w−1)(n−1)(n−2)+⋯+(n−w)⋯2⋅1(n−1)⋯(w+1)w=nw, 1+\frac{n-w}{n-1}+\frac{(n-w)(n-w-1)}{(n-1)(n-2)}+\cdots +\frac{(n-w) \cdots 2 \cdot 1}{(n-1) \cdots (w+1) w} = \frac{n}{w},

где n=w+bn = w+b.

Задача 143

(Продолжение задачи 142.) Пусть w=b=Nw = b = N, и шары извлекаются последовательно и без возвращения один за другим, пока не будут извлечены все 2N2 N шаров. Какова вероятность того, что на каком-то этапе эксперимента будет извлечено одинаковое число белых и чёрных шаров?

?
Задача 144

Пусть B1,…,Bν,…,B_{1}, \ldots , B_{\nu }, \ldots , — разбиение пространства элементарных исходов Ω\Omega, и P(C)>0\mathbb {P}\left(C\right) > 0. Покажите следующую теорему полной вероятности:

P(A∣C)=∑j=1∞P(Bj∣C)P(A∣BjC). \mathbb {P}\left( A \mid C \right) = \sum _{j=1}^{\infty } \mathbb {P}\left( B_{j} \mid C \right) \mathbb {P}\left( A \mid B_{j} C \right).
?
Задача 145

Каждая из трёх девушек Т.— Рена, Ника и Галатея — хочет отправиться со мной в поездку. Поскольку я не могу взять всех, я предлагаю следующую игру: я говорю им: «Я загадаю одно из чисел 1, 2, 3. Рена, угадывай первой. Если угадаешь верно, поедешь со мной; в противном случае следующей угадывает Ника. Если она угадает верно, поедет со мной. Иначе меня будет сопровождать Галатея». Галатея жалуется, что игра несправедлива. Права ли она? Предположим, что каждая из них записывает на листке бумаги число, которое, по её мнению, я загадал, и я следую указанной последовательности, проверяя сначала число Рены и т.д. Это повторяется, пока не будет выбрана та, что поедет со мной. На этот раз протестуют Галатея и Ника. Правы ли они?

?
Задача 146

Игральную кость бросают ν\nu раз. Найдите вероятность того, что каждая из kk (1≤k≤61 \leq k \leq 6) заданных граней кости появится хотя бы один раз.

?
Задача 147

Свёрнутое нормальное распределение имеет плотность

f(x)=c12πe−x2/2,x>0. f(x) = c \frac{1}{\sqrt{2 \pi }} e^{-x^{2} / 2}, \qquad x > 0.

Определите константу cc, а затем вычислите математическое ожидание этого распределения.

?
Задача 148

Предположим, что срок службы электрической лампы определённого типа подчиняется нормальному закону со средним μ=180\mu = 180 часов и стандартным отклонением σ=20\sigma = 20. В случайной выборке из четырёх ламп:

?
(a)

Какова вероятность того, что все четыре лампы имеют срок службы больше 200 часов?

(b)

Случайную выборку из четырёх ламп кладут в урну, а затем мы наугад извлекаем из неё одну лампу; какова вероятность того, что срок службы этой лампы будет больше 200 часов?

Обобщите вывод.

Задача 149

Игра «крэпс» играется следующим образом. Игрок бросает две игральные кости. Если при первом броске выпадает 7 или 11, он выигрывает, а если выпадает 2, 3 или 12, он проигрывает. При каждой из остальных сумм игра продолжается одним из двух способов:

?
(a)

игрок продолжает бросать две кости, пока не выиграет с суммой 7 или не проиграет с результатом первого броска;

(b)

игрок продолжает, пока не проиграет с суммой 7 или не выиграет с результатом первого броска.

Какова вероятность выигрыша игрока в случаях (а) и (б)?

Задача 150

Два игрока AA и BB договариваются играть следующим образом. Они бросают две кости, и если сумма SS результатов <10< 10, BB получает SS долларов от AA, в противном случае BB платит AA xx долларов. Определите xx так, чтобы игра была справедливой.

?
Задача 151

Урна содержит nn белых шаров и nn красных шаров. Мы извлекаем сначала два шара, затем ещё два, и так далее, пока не будут извлечены все шары. Найдите вероятность того, что каждая из выбранных пар состоит из белого и красного шара.

?
Задача 152

Каждая из двух урн AA и BB содержит nn шаров, пронумерованных от 1 до nn. Мы извлекаем по одному шару из каждой урны. Найдите вероятность того, что номер шара, извлечённого из AA, меньше номера шара, извлечённого из BB.

?
Задача 153

Распространители слухов (см. Feller, 1957, с. 55). В городе с N+1N+1 жителями один человек рассказывает слух второму, тот в свою очередь пересказывает его третьему, и так далее. На каждом шаге получатель слуха выбирается наугад из NN доступных жителей.

  1. Найдите вероятность того, что слух будет рассказан nn раз, не (а) вернувшись к тому, кто его пустил, (б) не будучи пересказан одному и тому же человеку повторно. Решите ту же задачу, если на каждом шаге слух рассказывается kk лицам.

  2. В большом городе, где распространители слухов составляют 100p%100 p \% населения, какова вероятность того, что слух не вернётся к тому, кто его пустил?

?
Задача 154

Задача Паскаля. В игре, где подбрасывается правильная монета, побеждает тот, кто первым получит nn успехов (орлов или решек). Покажите, что игра справедлива (т.е. вероятность выигрыша каждого игрока равна 1/21/2). Предположим, что игра была прервана, когда первый игрок выиграл kk бросков, а второй игрок выиграл mm бросков (0≤k,m<n0 \leq k, m < n). Вычислите для каждого игрока вероятность выигрыша, если игра будет продолжена. Отсюда выведите, как следует разделить ставку после прерывания игры.

?
Задача 155

Задача Чебышева. Найдите вероятность того, что заданная дробь m/nm/n (где mm и nn — целые числа) несократима.

?
Задача 156

Пусть φ(n)\varphi (n) обозначает функцию Эйлера, т.е. число (положительных) целых чисел, взаимно простых с nn и меньших nn. Используя вероятностные рассуждения, покажите, что

φ(n)=n∏p/n(1−1p), \varphi (n) = n \prod _{p / n} \left(1-\frac{1}{p}\right),

где произведение берётся по всем простым делителям pp числа nn.

?
Задача 157

Предположим, что число колоний насекомых на некоторой территории имеет распределение Пуассона с параметром λ\lambda, а число насекомых в колонии имеет логарифмическое распределение с параметром pp. Покажите, что общее число насекомых на территории имеет отрицательное биномиальное распределение с параметрами q=1−pq = 1-p и −λ/log⁡(1−p)-\lambda / \log (1-p).

?
Задача 158

Электронные лампы поставляются в упаковках, каждая из которых содержит NN ламп. Пусть pkp_{k} обозначает вероятность того, что упаковка содержит kk бракованных ламп (0≤k≤m0 \leq k \leq m). Из упаковки берётся выборка из nn ламп, и обнаруживается, что r≤mr \leq m ламп бракованные.

?
(a)

Какова вероятность того, что выбранная упаковка на самом деле содержит kk (≥r\geq r) бракованных ламп?

(b)

Если, согласно требованиям заказчика, упаковка считается неприемлемой, когда она содержит d≥rd \geq r бракованных ламп, какова вероятность того, что упаковка будет забракована?

Задача 159

Вероятность pnp_{n} того, что nn покупателей посетят супермаркет за день, равна pn=pnqp_{n} = p^{n} q, n=0,1,…n = 0, 1, \ldots. В среднем двое из трёх покупателей приобретают определённый вид товара. Вероятность того, что товар бракованный, равна 1/41/4.

?
(a)

Какова вероятность того, что покупатель приобретёт небракованный товар?

(b)

Если известно, что было продано kk небракованных товаров, покажите, что условная вероятность ana_{n} того, что магазин посетили nn покупателей, задаётся выражением

an=(nk)pn−k(2−p)k+1/2n+1. a_{n} = \binom {n}{k} p^{n-k}(2-p)^{k+1} / 2^{n+1}.
Задача 160

Производитель продаёт изделие за $1. Если вес изделия меньше W0W_{0}, оно не может быть продано и представляет собой полную потерю. Вес WW изделия имеет нормальное распределение N(μ,1)\mathscr {N}\left(\mu , 1\right); себестоимость cc одного изделия задаётся как c=α+βWc = \alpha +\beta W (α\alpha, β\beta — положительные константы). Определите среднее μ\mu так, чтобы ожидаемая прибыль была максимальной.

?
Задача 161

Клерк живёт в AA и работает в CC, начиная работу в 9 утра. Клерк всегда едет поездом из AA в BB, который должен прибывать в BB в 8:40 утра. Автобусы из BB в CC отправляются каждые 15 минут, и автобус, отправляющийся в 8:45 утра, должен прибывать в 8:56 утра.

Поезд в среднем опаздывает на 2 минуты со стандартным отклонением 4 минуты. Автобус всегда отправляется вовремя, но прибывает в среднем с опозданием на 2 минуты со стандартным отклонением 3 минуты. Какова вероятность того, что клерк опоздает? Начальник клерка едет в офис на машине; он выезжает в 8:45 утра, и время поездки до офиса имеет среднее значение 12 минут со стандартным отклонением 2 минуты. Найдите вероятность того, что:

?
(a)

опоздают и клерк, и начальник;

(b)

начальник прибудет раньше клерка.

Предположим, что рассматриваемые распределения нормальны.

Задача 162

Контроль качества. В непрерывном производственном процессе доля бракованных изделий равна pp. Чтобы поддерживать качество продукции на определённом уровне, изделия проверяются одно за другим до тех пор, пока не появится последовательность фиксированной длины rr без бракованных изделий. Тогда сплошной контроль прекращается, и только определённая доля ff продукции выбирается случайным образом для проверки, пока не появится бракованное изделие, после чего описанный процесс 100-ного контроля возобновляется. При данной схеме выборочного контроля найдите:

?
(a)

вероятность бракованной последовательности, то есть того, что за бракованным изделием не следует rr подряд идущих годных изделий;

(b)

ожидаемое число изделий в бракованной последовательности. Отсюда выведите ожидаемое число (i) бракованных последовательностей, (ii) проверенных изделий после бракованного изделия;

(c)

ожидаемую долю продукции, подлежащую контролю;

(d)

ожидаемый процент ρ\rho бракованных изделий, поступающих в продажу, при условии, что каждое обнаруженное бракованное изделие заменяется годным;

(e)

при заданных значениях ff и rr, какое значение p∗p^{*} параметра pp максимизирует ρ\rho.

Задача 163

Дилемма заключённого. Трое заключённых AA, BB и CC подают прошение об условно-досрочном освобождении, и комиссия решает освободить двоих из них. Заключённых уведомляют об этом решении, но не сообщают, кто именно из двоих будет освобождён. Охранник, друг AA, знает, каких заключённых собираются освободить. AA понимает, что было бы неправильно спрашивать охранника о своей собственной судьбе, но думает, что мог бы попросить назвать имя одного из двух других, кто будет освобождён. Он полагает, что до того, как он спросит, вероятность его освобождения равна 2/32/3, а когда охранник отвечает, что помилован, например, BB, вероятность того, что он будет освобождён, снижается до 1/21/2, поскольку либо освободят AA и BB, либо BB и CC. Обдумав это, AA боится спрашивать охранника. Оправдан ли его страх?

?
Задача 164

Коллекционирование купонов. В каждой коробке некоего товара находится купон с номером от 1 до 6. Если домохозяйке удаётся собрать серию 1--6, она получает бесплатную коробку товара. Сколько коробок ей нужно купить в среднем, прежде чем она получит бесплатную?

?
Задача 165

В ряду из 19 мест в амфитеатре случайным образом рассаживаются 10 студентов и 9 студенток. Найдите ожидаемое число соседних пар мест, в которых сидят студент и студентка.

?
Примечание.
?

Мы использовали тот факт, что среднее суммы случайных величин равно сумме средних значений соответствующих случайных величин, независимо от того, являются ли эти величины (статистически) независимыми или нет.

Задача 166

AA, BB и CC собираются сыграть в следующую роковую игру. У каждого есть пистолет, и они будут стрелять в свою цель --- AA, BB и CC стреляют по очереди друг в друга в этом порядке --- причём предполагается, что тот, кто получил ранение, больше не подвергается обстрелу. Выстрелы, один за другим, продолжаются до тех пор, пока не останется невредимым только один из игроков. Какой стратегии следует придерживаться AA?

?
Задача 167

Сэмюэл Пипс (который собирался сделать ставку) спросил Ньютона, какое из следующих событий AA, BB или CC более вероятно: AA --- хотя бы одна шестёрка при броске 6 костей; BB --- хотя бы две шестёрки при броске 12 костей; и CC --- хотя бы три шестёрки при броске 18 костей. Какой ответ (правильный) дал Ньютон?

?
Задача 168

Дни рождения как выходные. Трудовой кодекс Эревона объявляет выходным днём любой день, в течение которого хотя бы один работник определённой фабрики отмечает день рождения. Все остальные дни являются рабочими. Сколько работников должна нанять фабрика, чтобы максимизировать число человеко-дней работы за год?

?
Задача 169

Парадокс Бертрана. Хорда ABAB случайным образом выбирается в круге радиуса rr. Какова вероятность того, что длина ABAB меньше rr?

?
Примечание.
?

Разнообразие представленных решений связано с недостаточным описанием соответствующего случайного эксперимента, определяющего выбор хорды. Так, в (а) мы, по существу, выбираем случайным образом точку MM в круге и требуем вероятность того, что MM лежит в меньшем концентрическом круге. В (б) точки AA и BB выбираются случайным образом на окружности, тогда как в (в) можно представить цилиндр, катящийся по диаметру круга (скажем, KK′KK'), и равновероятные события соответствуют равным интервалам на диаметре (независимо от их положения на диаметре).

Задача 170

Новичок на скачках. На скачках новичок-игрок, который собирается сделать ставку определённой суммы, хочет выбрать лучшую лошадь. Предполагается, что никакие две лошади не одинаковы. Игрок смотрит на лошадей, проходящих одна за другой, и может выбрать в качестве победителя любую из них, но не может поставить на лошадь, которую он уже пропустил. Более того, он может сказать, лучше или хуже любая проходящая лошадь по сравнению с предыдущими. Предположим, что в скачках участвуют nn лошадей. Как ему следует действовать, чтобы выбрать лошадь для ставки и максимизировать вероятность выигрыша? Какую долю лошадей ему следует пропустить, прежде чем сделать ставку, при большом nn? (Предполагается, что лошади проходят перед новичком в случайном порядке.)

?