درسنامه آموزشی فصل دوم آمار و احتمال کلاس یازدهم ریاضی
درس 3: احتمال شرطی
در مسائلی که در آنها با عدم قطعیت و احتمال سروکار داریم، گاهی با سؤالهایی شرطی مواجه هستیم: «اگر فردا برف ببارد، چقدر احتمال دارد راه برخی روستاهای دهستانهای شهرستان کنگاور مسدود شود؟»، «اگر رانندهای از کمربند ایمنی استفاده نکند، چقدر احتمال دارد پس از تصادف، دچار نقص عضو شود؟»، «اگر دانشآموزی در سال یازدهم موفق به کسب معدل بالای 18 شود، چقدر احتمال دارد که در سال گذشته معدلش زیر 15 بوده باشد؟» و...
در همهٔ این موارد با دو پیشامد مختلف سروکار داریم و فرض میکنیم یکی از آنها رخ داده است و میخواهیم بدانیم احتمال رخ دادن دومی چه تغییری کرده است.
فعالیت (صفحهٔ 52 کتاب درسی)
1) در یک قرعهکشی بین 20 نفر قرار است از بین کارتهایی با شمارههای 1 تا 20، یکی را به تصادف انتخاب کنند. شمارهٔ کارت اکبر 15 و شمارهٔ کارت بهرام 7 است.
الف) احتمال اینکه اکبر برنده شود چقدر است؟ $\frac{1}{20}$ احتمال برنده شدن بهرام چقدر است؟ $\frac{1}{20}$
ب) وقتی مجری کارت را انتخاب میکند، قبل از اینکه آن را به دیگران نشان بدهد، میگوید: :«عدد برنده، دو رقمی است!» اکنون اکبر و بهرام احتمال برنده شدن خود را چقدر میدانند؟
احتمال برنده شدن بهرام، صفر و احتمال برنده شدن اکبر $\frac{1}{11}$، چون شماره کارت بهرام یک رقمی است.
بنابراین بهرام احتمال برنده شدن ندارد ولی شماره کارت اکبر دو رقمی است و از شماره 10 تا 20، یازده عدد وجود دارد پس احتمال اینکه اکبر انتخاب شود $\frac{1}{11}$ است.
2) در مدرسهای سه کلاس یازدهم، با نامهای 1-11، 2-11 و 3-11 وجود دارد که بهترتیب 32، 33 و 35 دانشآموز دارند. در آزمونی مشترک از این سه کلاس، بهترتیب 8، 9 و 6 نفر موفق به کسب نمرهٔ کامل شدهاند. یکی از دانشآموزان را به تصادف انتخاب میکنیم.
الف) فضای نمونه که شامل همهٔ دانشآموزان پایهٔ یازدهم است، چند عضوی است؟ 100 عضوی
$32+33+35=100$
ب) احتمال اینکه دانشآموز انتخاب شده نمرهٔ کامل گرفته باشد (پیشامد A) چقدر است؟
تعداد دانشآموزانی که نمرهٔ کامل گرفتهاند $8+9+6=23$ نفر است و تعداد کل دانشآموزان نیز 100 نفر است، بنابراین $P\left( A \right)=\frac{23}{100}$ میباشد.
پ) احتمال اینکه او، دانشآموز کلاس 1-11 باشد (پیشامد B) چقدر است؟
تعداد دانشآموزان کلاس 1-11، 32 نفر است و تعداد کل دانشآموزان 100 نفر است، بنابراین $P\left( B \right)=\frac{32}{100}$ است.
ت) فرض کنید بعد از انتخاب، بفهمید که او دانشآموز کلاس 1-11 است. در اینصورت، چقدر احتمال میدهید که او موفق به کسب نمرهٔ کامل شده باشد؟
تعداد دانشآموزان کلاس 1-11، 32 نفر است. از این 32 نفر، 8 نفر موفق به کسب نمرهٔ کامل شدهاند، پس پاسخ این سؤال $\frac{8}{32}$ است.
در حلّ قسمت (ت) میتوان این طور فکر کرد که فضای نمونه، که متشکل از 100 دانشآموز پایهٔ یازدهم است، بعد از اطلاع از اینکه او دانشآموز کلاس 1-11 است، به فضای نمونهٔ دیگری، که متشکل از 32 دانشآموز کلاس 1-11 است، کاهش یافته است. سپس باید بررسی کنیم که چند نفر از 32 دانشآموز کلاس 1-11 موفق به کسب نمرهٔ کامل شده اند. این یعنی تعداد اعضای پیشامد $A\bigcap B$ را بشماریم. نتیجه را باید به تعداد اعضای مجموعهٔ B تقسیم کنیم.
در علم احتمال برای آنچه در قسمت (ب) فعالیت 1 و قسمت (ت) فعالیت 2 پرسیده شد، از اصطلاح «احتمال شرطی» استفاده میکنند. مثلاً در فعالیت 2 که پیشامد A «کسب نمرهٔ کامل» و B «دانشآموز کلاس 1-11 بودن» است آنچه خواسته شد، احتمال «کسب نمرهٔ کامل به شرط دانشآموز کلاس 1-11 بودن» است که با $P\left( A\left| B \right. \right)$ نمایش داده میشود.
کار در کلاس (صفحهٔ 53 کتاب درسی)
در فعالیت «قرعهکشی» احتمال شرطی کدام پیشامد نسبت به کدام پیشامد مورد سؤال قرار گرفته است؟
احتمال برنده شدن اکبر به شرطی که عدد کارتی انتخاب دو رقمی باشد.
احتمال شرطی: کاهش فضای نمونه
باز هم به دو فعالیت قبل توجه کنید. در حالتیکه فضای احتمال همشانس است شرطی کردن یک پیشامد نسبت به پیشامد B مثل این است که فضای نمونه، یعنی S، را کنار گذاشته و B را فضای نمونه تلقی کنیم. احتمال روی این فضای نمونه نیز همشانس است. به این رویکرد «کاهش فضای نمونهای» گفته میشود.
کار در کلاس (صفحهٔ 53 کتاب درسی)
فرض کنید تاسی را دو مرتبه پرتاب میکنیم.
$n\left( S \right)=6\times 6=36$
الف) فضای نمونهٔ این آزمایش چند عضوی است؟ آیا این فضای احتمال همشانس است؟ بله
ب) میدانیم که مجموع عدد دو پرتاب از 9 بیشتر شده است. در این صورت، احتمال اینکه دستکم یک 6 آمده باشد چقدر است؟
$A:A=\left\{ \left( 5,5 \right),\left( 4,6 \right),\left( 6,4 \right),\left( 5,6 \right),\left( 6,5 \right),\left( 6,6 \right) \right\}$ پیشامد اینکه مجموع دو عدد پرتاب از 9 بیشتر شود
$B:B=\left\{ \left( 6,1 \right),\left( 6,2 \right),\left( 5,3 \right),\left( 6,4 \right),\left( 6,5 \right),\left( 6,6 \right) \right\}$ پیشامد اینکه دست کم یک عدد 6 آمده باشد
$\left( 5,6 \right),\left( 4,6 \right),\left( 3,6 \right),\left( 2,6 \right),\left( 1,6 \right)$
$\Rightarrow A\bigcap B=\left\{ \left( 4,6 \right),\left( 5,6 \right),\left( 6,6 \right),\left( 6,5 \right),\left( 6,4 \right) \right\}\Rightarrow P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{n\left( A\bigcap B \right)}{n\left( A \right)}=\frac{5}{6}$
احتمال شرطی چگونه محاسبه میشود؟
همانطور که اشاره شد، اگر با احتمال همشانس سروکار داشته باشیم محاسبهٔ $P\left( A\left| B \right. \right)$ ساده است؛ کافی است تعداد حالات مطلوب را به تعداد حالات ممکن تقسیم کنیم، ولی باید توجه داشته باشیم که چون میدانیم B رخ داده است دیگر همهٔ اعضای پیشامد A ممکن نیستند و لذا مجموعهٔ حالتهای مطلوب در این وضعیت $A\bigcap B$ است. پس
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{n\left( A\bigcap B \right)}{n\left( B \right)}$
ولی در حالت کلی که احتمال میتواند همشانس نباشد چه باید کرد؟

فعالیت (صفحهٔ 54 کتاب درسی)
دوباره فرض کنید موضوع گفتوگوی احتمال همشانس باشد؛ آیا میتوانید سمت راست فرمول احتمال شرطی در حالت همشانس را به شکلی بازنویسی کنید که بهجای تعداد اعضای پیشامدها احتمال آنها آمده باشد؟
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{n\left( A\bigcap B \right)}{n\left( B \right)}=\frac{n\left( A\bigcap B \right)/n\left( S \right)}{n\left( B \right)/n\left( S \right)}=\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}$
اگر فعالیت قبل را بهدرستی انجام داده باشید، به تعریف کلی احتمال شرطی (برای فضاهای همشانس و فضاهای غیرهمشانس) رسیدهاید:
تذکر: در حالتیکه $P\left( B \right)=0$، احتمال هیچ پیشامدی به شرط B تعریف نمیشود.
مثال: سکهای را سه بار پرتاب میکنیم. میدانیم که دستکم یکبار رو آمده است. در این صورت، احتمال اینکه هر سه بار رو آمده باشد چقدر است؟
حل: سه بار رو آمدن سکه را A و دستکم یکبار رو آمدن سکه را B مینامیم. باید $P\left( A\left| B \right. \right)$ را حساب کنیم. پس با توجه به تعریف باید $P\left( A\bigcap B \right)$ و $P\left( B \right)$ را محاسبه کنیم.
فضای نمونه 8 عضوی است و پیشامد $A\bigcap B$، یعنی سکه سه بار رو آمده باشد و بهعلاوه دستکم یکبار رو آمده باشد و این در واقع یعنی سکه در هر سه پرتاب رو آمده باشد. پس:
$P\left( A\bigcap B \right)=\frac{1}{8}$
برای محاسبهٔ $P\left( B \right)$ بهتر است به پیشامد متمم آن توجه کنیم؛ پیشامد ${B}'$ یعنی سکه اصلاً رو نیامده باشد که فقط یک حالت است. در نتیجه:
$P\left( B \right)=1-P\left( {{B}'} \right)=1-\frac{1}{8}=\frac{7}{8}$
و لذا
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}=\frac{\frac{1}{8}}{\frac{7}{8}}=\frac{1}{7}$
مثال: دو تاس سبز و قرمز را پرتاب میکنیم.
الف) اگر بدانیم مجموع دو تاس 10 شده است، احتمال اینکه تاس سبز 6 آمده باشد چقدر است؟
ب) اگر بدانیم که تاس سبز 6 آمده است، احتمال اینکه مجموع دو تاس 10 شده باشد چقدر است؟
حل: الف) فرض کنید پیشامد A یعنی تاس سبز 6 بیاید و پیشامد B یعنی مجموع دو تاس 10 شود. پس در این مثال، $P\left( A\left| B \right. \right)$ خواسته شده است و لذا باید $P\left( A\bigcap B \right)$ و $P\left( B \right)$ را محاسبه کنیم. فضای نمونه 36 عضو دارد و یک فضای همشانس است پس باید تعداد اعضای یک پیشامد را برای رسیدن به احتمال آن بهدست آوریم. روشن است که $B=\left\{ \left( 4,6 \right),\left( 5,5 \right),\left( 6,4 \right) \right\}$ و در نتیجه: $P\left( B \right)=\frac{3}{36}$.
روشن است که $A\bigcap B=\left\{ \left( 6,4 \right) \right\}$ و لذا $P\left( A\bigcap B \right)=\frac{1}{36}$.
در نتیجه: $P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{1}{3}$.
ب) طبق نمادگذاری قسمت قبل، باید $P\left( B\left| A \right. \right)$ را محاسبه کنیم. توجه داشته باشید که $P\left( A \right)=\frac{1}{6}$. پس
$P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( A \right)}=\frac{\frac{1}{36}}{\frac{1}{6}}=\frac{1}{6}$
مثال: تیم ملی والیبال ایران، 14 بازیکن دارد که قد هیچ دو نفری برابر نیست. اگر یکی از بازیکنها را به تصادف انتخاب کنیم.

الف) احتمال اینکه آن بازیکن، بلندقدترین بازیکن تیم باشد چقدر است؟
ب) بازیکن دیگری را بهتصادف انتخاب میکنیم و مشاهده میکنیم که از بازیکن اوّل کوتاه قدتر است. در اینصورت، احتمال اینکه بازیکن اوّل بلندقدترین بازیکن تیم باشد چقدر است؟
حل: پاسخ قسمت (الف) ساده است؛ با توجه به اینکه یکی از 14 بازیکن، بلندقدترین بازیکن تیم است، احتمال اینکه آن فرد همان باشد که ما تصادفاً انتخاب کردهایم $\frac{1}{14}$ است.
برای بهدست آوردن پاسخ قسمت (ب) دو پیشامد A و B را به شکل زیر تعریف میکنیم:
A: بازیکن اول بلندقدترین بازیکن تیم است.
B: بازیکن اول بلندقدتر از بازیکن دوم است.
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}=\frac{P\left( A \right)}{P\left( B \right)}=\frac{\frac{1}{14}}{\frac{1}{2}}=\frac{1}{7}$
دلیل اینکه $P\left( B \right)=\frac{1}{2}$، این است احتمال اینکه بین دو بازیکن اولی یا دومی بلندقدتر باشد، برابر است.
کار در کلاس (صفحهٔ 55 کتاب درسی)
در فعالیت مربوط به دانشآموزان پایهٔ یازدهم آمده بود که سه کلاس 1-11، 2-11 و 3-11 بهترتیب 32، 33 و 35 دانشآموز دارند و در آزمون مشترک در این سه کلاس بهترتیب 8، 9 و 6 نفر موفق به کسب نمرهٔ کامل شدهاند. دانشآموزی را به تصادف انتخاب میکنیم.
پیشامد «دانشآموز کلاس 1-11 بودن» را ${{B}_{1}}$ مینامیم و ${{B}_{2}}$ و ${{B}_{3}}$ را بهطور مشابه تعریف میکنیم. پیشامد «نمره کامل شدن» را نیز با A نمایش میدهیم.
الف) مقدار $P\left( A\left| {{B}_{i}} \right. \right)$ را برای $i=1,2,3$ محاسبه کنید.
$P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)}{P\left( {{B}_{1}} \right)}=\frac{\frac{8}{100}}{\frac{32}{100}}=\frac{8}{32}=\frac{1}{4}$
$P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)}{P\left( {{B}_{2}} \right)}=\frac{\frac{9}{100}}{\frac{33}{100}}=\frac{9}{33}=\frac{3}{11}$
$P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{3}} \right)}{P\left( {{B}_{3}} \right)}=\frac{\frac{6}{100}}{\frac{35}{100}}=\frac{6}{35}=\frac{6}{35}$
ب) مقدار $P\left( {{B}_{i}}\left| A \right. \right)$ را برای $i=1,2,3$ محاسبه کنید. معنای آنچه حساب کردهاید چیست؟
احتمال اینکه دانشآموز عضو کلاس 1-11 باشد اگر نمرهٔ او کامل باشد. $P\left( {{B}_{1}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)}{P\left( A \right)}=\frac{\frac{8}{100}}{\frac{23}{100}}=\frac{8}{23}$
احتمال اینکه دانشآموز عضو کلاس 2-11 باشد اگر نمرهٔ او کامل باشد. $P\left( {{B}_{2}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)}{P\left( A \right)}=\frac{\frac{9}{100}}{\frac{23}{100}}=\frac{9}{23}$
احتمال اینکه دانشآموز عضو کلاس 3-11 باشد اگر نمرهٔ او کامل باشد. $P\left( {{B}_{3}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{3}} \right)}{P\left( A \right)}=\frac{\frac{6}{100}}{\frac{23}{100}}=\frac{6}{23}$
پ) با اطلاعات موجود در مورد سه کلاس، دانشآموزان کدام کلاس را در آزمون مشترک موفقتر میدانید؟ برای پاسخ دادن به این سؤال، پاسخ قسمت (الف) مهم است یا پاسخ قسمت (ب)؟
پاسخ قسمت (الف) مهم است، زیرا میزان و درصد موفقیت در هر کلاس را نشان میدهد.
دانشآموزان کلاس 2-11 موفقتر هستند. $\left. \begin{align}
& P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)=\frac{8}{32}=\frac{1}{4}=25{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }} \\
& P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{9}{33}=\frac{3}{11}=27{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }} \\
& P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)=\frac{6}{35}=17{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }} \\
\end{align} \right\}\Rightarrow $
شاید این سؤال ایجاد شود که در پاسخ قسمت (ب) نیز کلاس 2-11 موفقتر است، زیرا $\frac{6}{23}\lt \frac{8}{23}\lt \frac{9}{23}$.
این شبهه را با یک مثال دیگر و اعداد جدید میتوان برطرف کرد:
فرض کنید دو کلاس یازدهم داشته باشیم، تعداد دانشآموزان کلاس 1-11 و 2-11 بهترتیب 30 و 20 نفر باشد و تعداد دانشآموزانی که نمرهٔ کامل کسب کردهاند در دو کلاس بهترتیب 5 و 4 نفر باشد.
با توجه به این اطلاعات محاسبات زیر را میتوانیم انجام دهیم:
قسمت اول:
$P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)}{P\left( {{B}_{1}} \right)}\frac{\frac{n\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)}{n\left( S \right)}}{\frac{n\left( {{B}_{1}} \right)}{n\left( S \right)}}=\frac{\frac{5}{50}}{\frac{30}{50}}=\frac{5}{30}=\frac{1}{6}$
$P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)}{P\left( {{B}_{2}} \right)}\frac{\frac{n\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)}{n\left( S \right)}}{\frac{n\left( {{B}_{2}} \right)}{n\left( S \right)}}=\frac{\frac{4}{50}}{\frac{20}{50}}=\frac{1}{5}$
ملاحظه میکنید که $P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)\gt P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)$
قسمت دوم:
$P\left( {{B}_{1}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)}{P\left( A \right)}\frac{\frac{n\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)}{n\left( S \right)}}{\frac{n\left( A \right)}{n\left( S \right)}}=\frac{\frac{5}{50}}{\frac{9}{50}}=\frac{5}{9}$
$P\left( {{B}_{2}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)}{P\left( A \right)}\frac{\frac{n\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)}{n\left( S \right)}}{\frac{n\left( A \right)}{n\left( S \right)}}=\frac{\frac{4}{50}}{\frac{9}{50}}=\frac{4}{9}$
و $P\left( {{B}_{2}}\left| A \right. \right)\lt P\left( {{B}_{1}}\left| A \right. \right)$
اگر بر اساس پاسخ قسمت اول جواب دهیم، کلاس 2-11 موفقتر است اما اگر بر اساس پاسخ قسمت دوم جواب دهیم کلاس 1-11 موفقتر است.
ولی جواب صحیحی را با توجه به پاسخ قسمت اول میتوان گفت یعنی 2-11 موفقتر است.
دلیل این موضوع این است که پاسخ قسمت اول درصد و میزان موفقیت هر کلاس را نشان میدهد.

اما قسمت دوم سهم هر کلاس را در تعداد کل دانشآموزان موفق نشان میدهد.

بدیهی است که برای مقایسهٔ کلاسها باید درصد موفقیت در هر کلاس را با هم مقایسه کنیم نه سهم هر کلاس را در تعداد موفقهای کل.
شاید یک کلاس جمعیت زیادی داشته باشد و بنابراین تعداد افراد موفق بیشتری هم داشته باشد، اما یک کلاس جمعیت کمتری داشته باشد و تعداد افراد موفق کمتری هم داشته باشد، اما درصد موفقیت در کلاس با جمعیت کمتر، بیشتر باشد.
مثلاً اگر یک کلاس 10 نفره 5 نفر موفق شوند ولی در کلاس 100 نفره 10 نفر موفق شوند، کلاس دوم سهم بیشتری در تعداد افراد موفق دارد اما درصد موفقیت در کلاس اول بیشتر است.
کار در کلاس (صفحهٔ 56 کتاب درسی)
فرض کنید B پیشامدی با احتمال مثبت باشد. نشان دهید:
الف) اگر ${{A}_{1}}$ و ${{A}_{2}}$ دو پیشامد ناسازگار باشند:
$P\left( {\left( {{A_1}\bigcup {{A_2}} } \right)\left| B \right.} \right) = P\left( {\left( {\left. {{A_1}} \right|B} \right) + P\left( {{A_2}\left| B \right.} \right)} \right)$
$\begin{align}
& P\left( \left( {{A}_{1}}\bigcup {{A}_{2}} \right)\left| B \right. \right)=\frac{P\left( \left( {{A}_{1}}\bigcup {{A}_{2}} \right)\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}=\frac{P\left( \left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)\bigcup \left( {{A}_{2}}\bigcap B \right) \right)}{P\left( B \right)} \\
& =\frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)+P\left( {{A}_{2}}\bigcap B \right)-P\left( \left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)\bigcap \left( {{A}_{2}}\bigcap B \right) \right)}{P\left( B \right)} \\
& =\frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)+P\left( {{A}_{2}}\bigcap B \right)-P\overbrace{\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right)}^{\varnothing }\bigcap \left( B\bigcap B \right)}{P\left( B \right)} \\
& =\frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)+P\left( {{A}_{2}}\bigcap B \right)-P\left( \varnothing \bigcap B \right)}{P\left( B \right)} \\
& =\frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)+P\left( {{A}_{2}}\bigcap B \right)-P\left( \varnothing \right)}{P\left( B \right)}=\frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)+P\left( {{A}_{2}}\bigcap B \right)}{P\left( B \right)} \\
& =\frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}+\frac{P\left( {{A}_{2}}\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}=P\left( {{A}_{1}}\left| B \right. \right)+P\left( {{A}_{2}}\left| B \right. \right) \\
& \Rightarrow P\left( \left( {{A}_{1}}\bigcup {{A}_{2}} \right)\left| B \right. \right)=P\left( {{A}_{1}}\left| B \right. \right)+P\left( {{A}_{2}}\left| B \right. \right) \\
\end{align}$
و حکم مسئله اثبات شد.
ب) برای هر پیشامد A داریم: $P\left( {A}'\left| B \right. \right)=1-P\left( A\left| B \right. \right)$
$\begin{align}
& P\left( {A}'\left| B \right. \right)=\frac{P\left( {A}'\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}=\frac{P\left( B\bigcap {A}' \right)}{P\left( B \right)}=\frac{P\left( B-A \right)}{P\left( B \right)} \\
& =\frac{P\left( B \right)}{P\left( B \right)}-\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}=1-P\left( A\left| B \right. \right)\Rightarrow P\left( {A}'\left| B \right. \right)=1-P\left( A\left| B \right. \right) \\
\end{align}$
دانستن تعریف احتمال شرطی و درک درستی از مفهوم آن برای حلّ مسائل، احتمال لازم است، ولی کافی نیست. در ادامه، با سه ابزار آشنا میشویم که در حلّ مسائل احتمال بسیار مفیدند. این سه ابزار «قانون ضرب احتمال»، «قانون احتمال کل» و «قانون بیز» هستند. هر سه مورد را، در برخی کتابها با عنوان «قضیه» و «فرمول» نیز میشناسند. توجه داشته باشید که شما علاوه بر اینکه باید با این سه قانون آشنا شوید، این را هم باید بیاموزید که هر کدام در چه مواردی به کار میآیند.
برای یادگیری بهتر هر قانون، مثالهایی مطرح خواهد شد که برخی بهقدری سادهاند که با روشهای قبلی نیز قابل حل کردن هستند. انتخاب چنین مثالهایی به این دلیل است که مطلب در ابتدا در ذهن شما بهدرستی جا بیفتد. در ادامه برخی مثالهای پیچیدهتر هم آمده است، تا در استفاده از این ابزارها متبحرتر شوید.
در برخی مثالها، سعی شده است که صورت مسئله تا حدّی شبیه یک مسئلهٔ واقعی باشد. در چنین مثالهایی فهم درست صورت مسئله و تبدیل درست آن به یک مسئلهٔ احتمال و تشخیص پیشامدهای مورد بحث و نامگذاری مناسب، بخشی از حلّ مسئله است و شما باید این کار را هم بهخوبی فرا بگیرید.
قانون ضرب احتمال
تعریف احتمالی شرطی، با یک محاسبهٔ ساده به عبارتی تبدیل میشود که به آن «قانون ضرب احتمال» گفته میشود:
از این قانون، معمولاً وقتی استفاده میشود که بخواهیم عبارت سمت چپ تساوی را حساب کنیم.
مثال: در کیسهای 1 گوی سبز، 3 گوی سفید و 2 گوی قرمز است. از کیسه دو گوی بهترتیب و بدون جایگذاری خارج میکنیم. احتمال اینکه گوی اوّل سبز و گوی دوم سفید باشد، چقدر است؟
حل: پیشامد سبز بودن گوی اول را A و پیشامد سفید بودن گوی دوم را B مینامیم. در اینصورت، آنچه خواسته شده $P\left( A\bigcap B \right)$ است.
با توجه به قانون ضرب احتمال باید $P\left( A \right)$ و $P\left( B\left| A \right. \right)$ را بهدست آوریم. در ابتدا 6 گوی در کیسه است که یکی از آنها سبز است. پس $P\left( A \right)=\frac{1}{6}$
برای محاسبهٔ $P\left( B\left| A \right. \right)$ توجه کنید که بعد از خارج کردن گوی اول، با این شرط که آن گوی سبز باشد، 5 گوی در کیسه مانده که 3 تا از آنها سفید است، درنتیجه: $P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{3}{5}$.
پس $P\left( A\bigcap B \right)=\frac{1}{6}\times \frac{3}{5}=0/1$.
قانون ضرب احتمال را میتوان بهراحتی برای سه پیشامد نیز نوشت:
در یکی از تمرینهای پایانی درس از شما خواسته شده تا این قانون را ثابت کنید.
کار در کلاس (صفحهٔ 57 کتاب درسی)
با دادههای مثال قبل، اگر سه گوی را بهترتیب و بدون جایگذاری خارج کنیم، احتمال اینکه اوّلی سبز، دومی سفید و سومی قرمز باشد چقدر است؟
قسمتی از راهحل، مشابه مثال قبلی است. کافی است C را پیشامد قرمز بودن گوی سوم بگیریم. در اینصورت، باید $P\left( A\bigcap B\bigcap C \right)$ را بهدست آوریم. با استفاده از قانون ضرب برای سه پیشامد، راه حل را ادامه دهید.
1= تعداد گوی سبز، 3= تعداد گوی سفید، 2= تعداد گوی قرمز
A: پیشامد سبز بودن گوی اول
B: پیشامد سفید بودن گوی دوم
C: پیشامد قرمز بودن گوی سوم
برای بهدست آوردن $P\left( A\bigcap B\bigcap C \right)$ از قانون ضرب احتمالات برای سه پیشامد استفاده میکنیم:
$P\left( A\bigcap B\bigcap C \right)=P\left( A \right)\times P\left( B\left| A \right. \right)\times P\left( C\left| \left( A\bigcap B \right) \right. \right)$
تعداد کل گویها 6 تاست و یکی از آنها سبز است، پس احتمال سبز بودن گوی اول $\frac{1}{6}$ است: $P\left( A \right)=\frac{1}{6}$
بعد از اینکه گوی اول سبز شد 5 گوی باقی میماند که 3 تا از آنها سفید است پس احتمال سفید بودن گوی دوم به شرط سبز بودن گوی اول $\frac{3}{5}$ است:
$P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{3}{5}$
و بعد از اینکه گوی دوم هم سفید شد، 4 گوی باقی میماند که 2 تا از آنها قرمز است، پس احتمال قرمز بودن گوی سوم به شرط سبز بودن گوی اول و سفید بودن گوی دوم $\frac{2}{4}$ است:
$P\left( C\left| \left( A\bigcap B \right) \right. \right)=\frac{2}{4}=\frac{1}{2}$
حالا میتوانیم $P\left( A\bigcap B\bigcap C \right)$ را محاسبه کنیم:
$P\left( A\bigcap B\bigcap C \right)=\frac{1}{6}\times \frac{3}{5}\times \frac{1}{2}=\frac{1}{20}$
کار در کلاس (صفحهٔ 57 کتاب درسی)
بسکتبالیستی هر بار که اقدام به پرتاب میکند، اگر روحیهٔ خوبی داشته باشد، پرتابش به احتمال 90 درصد گُل میشود و اگر روحیهاش ضعیف باشد، احتمال گل شدن پرتابش 60 درصد است. بهعلاوه میدانیم او اگر پرتابی را گل کند، در پرتاب بعدی روحیهٔ خوبی دارد و در غیر اینصورت، روحیهاش ضعیف خواهد شد. فرض کنید بسکتبالیست، پیش از اوّلین پرتاب، روحیهٔ خوبی داشته باشد. احتمال اینکه از سه پرتاب متوالی، دقیقاً دو پرتاب آخر گل شود چقدر است؟
2016 ریو است که در اولین دیدار خود 69 بر 63 ، تیم آلمان را شکست داد.
برای حلّ این مسئله، پیشامد گل شدن پرتاب $i$ام را ${{A}_{i}}$ بنامید. آنچه باید محاسبه کنید $P\left( {{{{A}'}}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)$ است.
با استفاده از فرضیات مسئله و قانون ضرب احتمال داریم:
$P\left( {{{{A}'}}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)=P\left( {{{{A}'}}_{1}} \right)P\left( {{A}_{2}}\left| {{{{A}'}}_{1}} \right. \right)P\left( {{A}_{3}}\left| {{{{A}'}}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right. \right)=0/1\times 0/6\times 0/9=0/54$
چرا $P\left( {{A}_{3}}\left| {A}'\bigcap {{A}_{2}} \right. \right)$ برابر 0/9 است؟
زیرا $P\left( {{A}_{3}}\left| {A}'\bigcap {{A}_{2}} \right. \right)$ یعنی احتمال اینکه پرتاب سوم گل شوند به شرطی که پرتاب اول گل نشود و پرتاب دوم گل شود. چون پرتاب دوم گل شده است، پس در پرتاب سوم رویحه خوبی دارد، لذا احتمال گل شدن آن 90 درصد یا همان 0/9 است.
مثال: فرض کنید سه کارت داریم. دو روی کارت اوّل سبز و دو روی کارت دوم قرمز است و یک روی کارت سوم سبز و روی دیگرش قرمز است. کارتی را به تصادف برمیداریم و مشاهده میکنیم که یک روی آن سبز است. احتمال اینکه هر دو روی آن سبز باشد چقدر است؟
حل: فرض کنید:
A: کارت دو رو سبز است.
B: روی مشاهده شده کارت انتخابی سبز است.
باید $P\left( A\bigcap B \right)$ و $P\left( B \right)$ را محاسبه کنیم. واضح است که بعد از انتخاب یک کارت و نگاه کردن به یک روی آن، یکی از شش روی سه کارت را با احتمالهای برابر، خواهیم دید و چون در مجموع سه روی سبز و سه روی قرمز داریم، پس:
$P\left( B \right)=\frac{3}{6}=\frac{1}{2}$
احتمال پیشامد $A\bigcap B$ را به راحتی میتوان با استفاده از قانون ضرب بهدست آورد:
$P\left( A\bigcap B \right)=P\left( A \right)P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{1}{3}\times 1=\frac{1}{3}$
دلیل اینکه $P\left( A \right)$ برابر $\frac{1}{3}$ است، این است که از سه کارت، یکی دو رو سبز است و $P\left( B\left| A \right. \right)=1$ چون اگر کارت انتخابی دو رو سبز باشد، روی مشاهده شده حتماً سبز است. در نتیجه:
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{2}{3}$
قانون احتمال کل
رسیدن از دادههای جزئی به نتایج کلی بسیار معمول است؛ مثلاً اطلاعاتی آماری که در استانهای کشور تهیه شده، میتواند بعد از انجام برخی محاسبات منجر به آمارهایی درباره کلّ کشور شود. یا اطلاعاتی در مورد رفتار ترافیکی گروههای مختلف سنی و جنسی را میتوان جمعبندی کرد و به آماری درباره همهٔ رانندگان رسید. موضوع قانون احتمال کل چنین چیزهایی است.
فعالیت (صفحهٔ 58 کتاب درسی)
دو کیسه داریم که اوّلی شامل 2 گوی سفید و 3 گوی سبز و دومی شامل 1 گوی سفید و 9 گوی قرمز است. یکی از دو کیسه را به تصادف انتخاب میکنیم و از آن گویی را برمیداریم. میخواهیم احتمال سفید بودن این گوی را محاسبه کنیم.
سه پیشامد A و ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ را به شکل زیر تعریف میکنیم:
$1$: گوی برداشته شده سفید است.
$B_1$: کیسهٔ اول انتخاب شده است.
$B_2$: کیسهٔ دوم انتخاب شده است.
پس هدف محاسبه $P\left( A \right)$ است. طبق اطلاعات داده شده $P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)$ و $P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)$ بهترتیب، برابر $\frac{2}{5}$ و $\frac{1}{10}$ هستند. بهعلاوه واضح است که $P\left( {{B}_{1}} \right)=P\left( {{B}_{2}} \right)=\frac{1}{2}$.
چون کیسهٔ انتخابی یا کیسهٔ اول است یا کیسهٔ دوم. پس ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ فضای نمونه را افراز میکنند. این نتیجه میدهد که $A\bigcap {{B}_{1}}$ و $A\bigcap {{B}_{2}}$ نیز A را افراز میکنند. پس:
$\begin{align}
& P\left( A \right)=P\left( \left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)\bigcup \left( A\bigcap {{B}_{2}} \right) \right)=P\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)+P\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right) \\
& =P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)+P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right) \\
& =\frac{1}{2}\times \frac{2}{5}+\frac{1}{2}\times \frac{1}{10}=\frac{2}{10}+\frac{1}{20}=\frac{4+1}{20}=\frac{5}{20}=\frac{1}{4} \\
\end{align}$
در محاسبات صفحه قبل دوبار از قانون ضرب احتمال استفاده کردیم. «کجا؟»
بهجای $P\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)$ نوشتیم $P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)$ و بهجای $P\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)$ نوشتیم $P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)$
نمودار درختی زیر، محاسبات را به شکل دیگری نمایش میدهند:

«قانون احتمال کل»، که شما در فعالیت قبل تلویحاً از آن استفاده کردید، به این شکل است:
در فعالیت قبل، فضای نمونه به دو پیشامد ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ افزار شده بود؛ کیسهٔ انتخابی، یا کیسهٔ اوّل است، یا کیسهٔ دوم است.
کار در کلاس (صفحهٔ 59 کتاب درسی)
با انجام مراحل زیر قانون احتمال کل را ثابت کنید.

1) این فرض که ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ و ... و ${{B}_{n}}$ فضای نمونه را افراز میکنند یعنی دوبهدو ناسازگار هستند $U_{k=1}^{n}{{B}_{k}}=S$.
2) در اینصورت $A\bigcap {{B}_{1}}$ و $A\bigcap {{B}_{2}}$ و ... و $A\bigcap {{B}_{n}}$ دوبهدو ناسازگار هستند و اجتماع آنها برابر S میشود. در نتیجه داریم:
$P\left( A \right)=\sum\limits_{k=1}^{n}{P\left( A\bigcap {{B}_{k}} \right)}$
3) اگر جملات داخل سیگما را بهکمک قانون ضرب احتمال بازنویسی کنید، به قانون احتمال کل میرسید.
$\begin{align}
& P\left( A \right)=\sum\limits_{k=1}^{n}{P\left( A\bigcap {{B}_{k}} \right)}=P\left( A\bigcap {{B}_{1}} \right)+P\left( A\bigcap {{B}_{2}} \right)+...+P\left( A\bigcap {{B}_{k}} \right) \\
& =P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)+P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)+...+P\left( {{B}_{n}} \right)P\left( A\left| {{B}_{n}} \right. \right) \\
\end{align}$
کار در کلاس (صفحهٔ 59 کتاب درسی)
میوهفروشی ده صندوق سیب از سه باغ مختلف خریده است. 3 صندوق از باغ شمالی، 5 صندوق از باغ مرکزی و 2 صندوق از باغ جنوبی. در این سه باغ احتمال اینکه یک سیب لکهدار باشد، بهترتیب، 10 درصد، 3 درصد و 5 درصد است. با فرض اینکه تعداد سیب در صندوقهای مختلف برابر است، احتمال اینکه سیبی که از یکی از صندوقها بر میداریم لکهدار باشد چقدر است؟

برای حلّ این مسئله گیریم ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ و ${{B}_{3}}$، بهترتیب این پیشامدها باشند که سیب انتخابی از باغ شمالی، باغ مرکزی و باغ جنوبی باشد. پیشامد A را نیز لکهدار بودن آن سیب تعریف میکنیم. در اینصورت داریم:
$P\left( {{B}_{1}} \right)=\frac{1}{3}\,\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,P\left( {{B}_{2}} \right)=\frac{1}{3}\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,P\left( {{B}_{3}} \right)=\frac{1}{3}$
$P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)=\frac{10}{100}\,\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{3}{100}\,\,\,\,\,\,\,,\,\,\,\,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)=\frac{5}{100}$
آنچه در مسئله از ما خواسته شده است $P\left( A \right)$ است که با استفاده از قانون احتمال کل به شکل زیر محاسبه میشود:
$\begin{align}
& P\left( A \right)=P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)+P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)+P\left( {{B}_{3}} \right)P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right) \\
& =\frac{1}{3}\times \frac{10}{100}+\frac{1}{3}\times \frac{3}{100}+\frac{1}{3}\times \frac{5}{100}=\frac{10}{300}+\frac{3}{300}+\frac{5}{300}=\frac{18}{300}=\frac{6}{100}=6{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }} \\
\end{align}$
با تکمیل محاسبات جواب بهدست میآید.
میدانیم که $B$ و ${B}'$ فضای $S$ را افراز میکنند؛ لذا سادهترین شکل قانون احتمال کل در حالت $n=2$ به شکل زیر بیان میشود:
مثال: دستهای کارت شامل 2 کارت دو رو قرمز و 8 کارت یک رو سبز، یک رو قرمز است. کارتی را به تصادف از این دسته انتخاب میکنیم و یک روی آنرا میبینیم. احتمال اینکه آن رو قرمز باشد چقدر است؟
حل: این پیشامد را که رنگ قرمز دیده شود $A$ و این پیشامد را که دو روی کارت انتخابی قرمز باشد $B$ مینامیم. باید $P\left( A \right)$ را حساب کنیم. طبق قانون احتمال کل داریم:
$P\left( A \right)=P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)$
واضح است که $P\left( A\left| B \right. \right)=1$ و $P{{\left( A\left| B \right. \right)}^{\prime }}=0/5$ و با توجه به تعداد، دو نوع کارت داریم
$P\left( B \right)=\frac{2}{2+8}=0/2$
$P\left( {{B}'} \right)=1-0/2=0/8$
پس
$P\left( A \right)=0/2\times 1+0/8\times 0/5=0/6$
قانون بیز
وقتی شما برای اوّلین بار با فردی آشنا میشوید، پیشفرضهایی از میزان صداقت او دارید. در طول زمان که اعمال و رفتار او را میبینید این پیشفرضها به شکل مثبت یا منفی تغییر میکند. اگر مربی ورزش دانشآموزی را تحت نظر بگیرد، در ابتدا نسبت به توانایی او در ضربه زدن به توپ پیشفرضهایی دارد و هر چه بازی او را مشاهده کند، این پیش فرضها تغییر میکند.
قانون بیز که از مهمترین قوانین در علم احتمال است، این موضوع را به زبان ریاضی فرمولبندی میکند.
فعالیت (صفحهٔ 61 کتاب درسی)
فرض کنید سه صندوق، با تعداد زیاد سیب، از سه باغ شمالی، مرکزی و جنوبی داریم. در این باغها، بهترتیب، 10 درصد، 3 درصد و 5 درصد سیبها لکه دارند. یکی از صندوقها را بهتصادف انتخاب میکنیم.
الف) احتمال اینکه این صندوق مربوط به باغ شمالی باشد چقدر است؟ $\frac{1}{3}$ در مورد دو باغ دیگر این احتمال چقدر است؟ $\frac{1}{3}$
ب) اکنون سیبی را به تصادف از داخل صندوق انتخابی خارج میکنیم و مشاهده میکنیم که لکهدار است. آیا بعد از این مشاهده، نظر شما در مورد احتمال اینکه صندوق انتخابی مربوط به باغ شمالی باشد، تغییر کرده است؟
بله، تا قبل از دیدن سیب، هر سیبی را انتخاب کنیم احتمال اینکه مربوط به هر باغ باشد، یکسان و مساوی $\frac{1}{3}$ است اما بعد از مشاهده سیب و لکهدار بودن آن، چون درصد لکهدار بودن سیبهای هر باغ متفاوت است، بنابراین احتمال اینکه مربوط به باغ شمالی باشد، تغییر میکند.
پ) بهطور شهودی، فکر میکنید آیا این احتمال نسبت به قبل از مشاهدهٔ سیب لکهدار افزایش پیدا کرده است، یا کاهش؟
افزایش پیدا کرده است، زیرا درصد بیشتری از سیبهای لکهدار مربوط به باغ شمالی است. وقتی که یک سیب لکهدار میبینیم احتمال اینکه مربوط به باغ شمالی باشد، بیشتر است.
در علم احتمال گاهی با مسائلی مانند فعالیت قبل مواجه هستیم که در آنها وقوع یک پیشامد، موجب تغییر نگرش ما به احتمال وقوع پیشامدهای دیگر میشود. شما در زندگی با این نوع مسائل، البته با نگاهی کیفی و نادقیق، مواجه بودهاید.
قانون بیز مشخص میکند که «احتمالهای پیش از مشاهده» چگونه به «احتمالهای پس از مشاهده» تبدیل میشوند. فرضیات قانون بیز کاملاً مشابه فرضیات قانون احتمال کل است:
این قانون توضیح میدهد که چگونه $P\left( {{B}_{i}} \right)$ها بعد از مشاهدهٔ رخ دادن پیشامد $A$، به $P\left( {{B}_{i}}\left| A \right. \right)$ها تبدیل میشوند.
گاهی قانون بیز را به شکل زیر مینویسند:
$P\left( {{B}_{i}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( {{B}_{i}} \right)P\left( A\left| {{B}_{i}} \right. \right)}{\sum\limits_{k=1}^{n}{P\left( {{B}_{k}} \right)P\left( A\left| {{B}_{k}} \right. \right)}}$
هدف از این نوع نوشتن قانون بیز این است که تصریح شود در یک مسئلهٔ مربوط به قانون بیز معمولاً دادههای موجود $P\left( {{B}_{k}} \right)$ها و $P\left( A\left| {{B}_{k}} \right. \right)$ها هستند. توجه کنید که آنچه در مخرج عبارت سمت راست آمده است، طبق قانون احتمال کل، همان $P\left( A \right)$ است.
سادهترین حالت قانون بیز وقتی است که n برابر 2 باشد. در اینصورت، ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ دو پیشامد متمماند.
اگر احتمال B صفر، یا یک باشد چه مشکلی در فرمول بالا پیش میآید؟
مثال: دستهای کارت شامل 2 کارت دو رو قرمز و 8 کارت یک رو سبز، یک رو قرمز است. کارتی را به تصادف از این دسته انتخاب میکنیم و فقط یک روی آنرا مشاهده میکنیم و میبینیم که قرمز است. احتمال اینکه روی دیگر کارت نیز قرمز باشد چقدر است؟
حل: این پیشامد که رنگ قرمز دیده شود را A و این پیشامد که دو روی کارت انتخابی قرمز باشد را B مینامیم. باید $P\left( A \right)$ را حساب کنیم. با توجه به اینکه B و ${B}'$ فضای نمونه را افراز میکنند داریم:
$P\left( A \right)=P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)=0/2\times 1+0/8\times 0/5=0/6$
توجه کنید که پیشامد ${B}'$ یعنی کارت اتخابی دو رو قرمز نباشد و به همین دلیل احتمال آن 0/8 است.
طبق قانون بیز داریم:
$P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)}{P\left( A \right)}=\frac{0/2\times 1}{0/6}=\frac{1}{3}$
مثال: سه صندوق سیب، هر کدام شامل 100 سیب داریم. سیبهای صندوق اوّل سبز؛ سیبهای صندوق دوم، قرمز است. صندوق سوم شامل 2 سیب سبز و 98 سیب قرمز است. صندوقی را بهتصادف انتخاب میکنیم.

فرض کنید دست در صندوق کنیم و سیبی را تصادفاً درآوریم و ببینیم که سبز است. احتمال اینکه همهٔ سیبهای صندوق سبز باشد چقدر است؟
حل: فرض کنید پیشامد $A$، یعنی سیب مشاهده شده سبز باشد و پیشامدهای ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ و ${{B}_{3}}$ بهترتیب بهمعنای انتخاب صندوقهای اول، دوم و سوم باشند. لذا
$P\left( {{B}_{1}} \right)=P\left( {{B}_{2}} \right)=P\left( {{B}_{3}} \right)=\frac{1}{3}$
و
$P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)=1$
$P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=1$
$P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)=\frac{2}{100}=0/02$
برای محاسبهٔ $P\left( {{B}_{1}}\left| A \right. \right)$ ابتدا $P\left( A \right)$ را محاسبه میکنیم. طبق قانون احتمال کل
$P\left( A \right)=\frac{1}{3}\times 1+\frac{1}{3}\times 0+\frac{1}{3}\times 0/02=0/34$
در نتیجه:
$P\left( {{B}_{1}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( {{B}_{1}} \right)\left( P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right) \right)}{P\left( A \right)}=\frac{\frac{1}{3}}{0/34}=\frac{1}{1/02}\simeq 0/9804$
کار در کلاس (صفحهٔ 63 کتاب درسی)
فرض کنید سه صندوق سیب، از سه باغ شمالی، مرکزی و جنوبی داریم. در این باغها، بهترتیب، 10 درصد، 3 درصد و 5 درصد سیبها لکه دارند. یکی از صندوقها را به تصادف انتخاب میکنیم و نمیدانیم که صندوق انتخابی مربوط به کدام باغ است. سیبی را از آن صندوق خارج میکنیم و مشاهده میکنیم که لکهدار است. در اینصورت، احتمال اینکه صندوق انتخابی مربوط به باغ شمالی باشد، چقدر است؟
برای حلّ این مسئله، این پیشامد را که سیب انتخابی لکهدار باشد با A و اینکه صندوق انتخابی مربوط به سه باغ شمالی، مرکزی و جنوبی باشد را بهترتیب با ${{B}_{1}}$ و ${{B}_{2}}$ و ${{B}_{3}}$ نمایش دهید.
در صورت مسئله چه احتمالهایی مشخص شده است؟ آنها را مشخص میکنیم:
$P\left( {{B}_{1}} \right)=$ $\frac{1}{3}$
$P\left( {{B}_{2}} \right)=$ $\frac{1}{3}$
$P\left( {{B}_{3}} \right)=$ $\frac{1}{3}$
و
$P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)=$ $\frac{10}{100}$
$P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=$ $\frac{3}{100}$
$P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)=$ $\frac{5}{100}$
آنچه در مسئله از ما خواسته شده است $P\left( {{B}_{1}}\left| A \right. \right)$ است. ابتدا $P\left( A \right)$ را محاسبه میکنیم.
$P\left( A \right)=P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)+ $ $P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)+P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)$
در نتیجه:
$P\left( {{B}_{1}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)}{P\left( A \right)}= $ $\frac{P\left( {{B}_{1}} \right)\times P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)}{P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)+P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)+P\left( {{B}_{3}} \right)P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)}$
مثال: در یک کارخانهٔ شیر پاستوریزه، وقتی خط تولید سالم است، تنها 2 درصد از پاکتها کمتر از 297 سی سی شیر دارند، ولی وقتی یکی از قطعات اصلی خط تولید دچار عیب میشود، این مقدار به 10 درصد افزایش پیدا میکند. تجربه نشان داده است که احتمال خراب شدن خط تولید که تقریباً همیشه ناشی از معیوب شدن آن قطعه است، پس از یک ماه، 5 درصد است. ماه گذشته آخرین باری بوده است که مسئول فنی، خط تولید را بهطور کامل سرویس کرده است.

مسئول کنترل کیفیت کارخانه، به تصادف یک پاکت شیر را مورد بررسی قرار میدهد و مشاهده میکند که حاوی کمتر از 297 سیسی شیر است. در اینصورت احتمال خراب بودن خط تولید چقدر است؟
حل:
دو پیشامد A و B را به شکل زیر تعریف میکنیم:
A: حجم شیر پاکت انتخاب شده کمتر از 297 سیسی است.
B: خط تولید خراب شده است.
در اینصورت باید $P\left( B\left| A \right. \right)$ را محاسبه کنیم. اطلاعات مسئله به اینصورت خلاصه میشود:
$P\left( B \right)=0/05$
$P\left( A\left| B \right. \right)=0/1$
$P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)=0/02$
زیرا $P\left( B \right)$ یعنی احتمال خراب بودن خط تولید، $P\left( A\left| B \right. \right)$ یعنی احتمال اینکه پاکت کمتر از 297 سیسی شیر داشته باشد، به شرط آنکه خط تولید خراب شده باشد و $P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)$ یعنی احتمال اینکه یک پاکت کمتر از 297 سیسی شیر داشته باشد، به شرط آنکه خط تولید سالم باشد.
طبق قانون بیز داریم:
$\begin{align}
& P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)}{P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)}=\frac{0/05\times 0/1}{0/05\times 0/1+0/95\times 0/02} \\
& =\frac{5}{24}\simeq 0/208 \\
\end{align}$
یعنی مسئول کنترل کیفیت که ابتدا فقط 5 درصد احتمال میداد که خط تولید خراب شده باشد، بعد از مشاهدهٔ یک پاکت با محتویات کمتر از 297 سیسی، 20/8 درصد احتمال میدهد که خط تولید خراب شده باشد.
تمرین (صفحهٔ 64 کتاب درسی)
1- دربارهٔ خانوادهای چهار فرزندی، میدانیم که دستکم یکی از فرزندان آنها پسر است. احتمال اینکه دقیقاً پسر داشته باشند، چقدر است؟
فرض میکنیم A پیشامد این باشد که دقیقاً 2 پسر داشته باشند و B پیشامد این باشد که دستکم 1 فرزند پسر داشته باشند.
برای بهدست آوردن خواستهٔ مسئله باید $P\left( A\left| B \right. \right)$ را محاسبه کنیم.
با توجه به رابطهٔ $P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}$، باید $P\left( A\bigcap B \right)$ و $P\left( B \right)$ را بهدست آوریم.
$P\left( B \right)$ یعنی احتمال اینکه این خانواده حداقل یک فرزند داشته باشند، برای بهدست آوردن $P\left( B \right)$ بهتر است از روش متمم استفاده کنیم $P\left( B \right)=1-P\left( {{B}'} \right)$
$P\left( {{B}'} \right)$ یعنی احتمال اینکه خانواده حداقل یک فرزند پسر نداشته باشد که معادل است با احتمال اینکه این خانواده هیچ پسری نداشته باشد: پس $P\left( B \right)=1-\frac{1}{16}=\frac{15}{16}$
$P\left( A\bigcap B \right)$ نیز یعنی احتمال اینکه هم «خانواده حداقل یک فرزند داشته باشد» و هم «دقیقاً دو فرزند پسر داشته باشد.» اگر این دو شرط را با هم در نظر بگیریم میشود همان «دقیقاً 2 فرزند پسر داشته باشد.»
برای محاسبهٔ این احتمال، ابتدا به $\left( \begin{matrix} 4 \\ 2 \\ \end{matrix} \right)=6$ طریق انتخاب میکنیم که کدام فرزندان پسر باشند، سپس دو فرزند دیگر را دختر در نظر میگیریم:
تعداد حالتهایی که 2 فرزند پسر داشته باشند.
$\left( \begin{matrix}
4 \\
2 \\
\end{matrix} \right)\times 1\times 1=6\times 1\times 1=6$
تعداد کل حالتها
$2\times 2\times 2\times 2=16$
$\Rightarrow P\left( A\bigcap B \right)=\frac{6}{16}$
و در نهایت طبق رابطهٔ $P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}$ حاصل آن بهدست میآید:
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{P\left( A\bigcap B \right)}{P\left( B \right)}=\frac{\frac{6}{16}}{\frac{15}{16}}=\frac{6}{15}=\frac{2}{5}$
2- ستاد مرکزی معاینهٔ فنی خودروهای تهران در اواخر سال 1395 اعلام کرد: «امسال پرکاربردترین سال در عرصهٔ معاینهٔ فنی خودروهای کشور از ابتدای تأسیس تاکنون بوده و 870 هزار خودرو در تهران معاینهٔ فنی شدهاند. امسال یکی از سختترین سالهای مبارزه با آلودگی هوا بود ...»

در این طرح، سیزده مرکز مسئولیت معاینهٔ فنی خودروهای سبک را بهعهده داشتند، فرض کنید جدول زیر آمار خودروهای مراجعه کرده و خودروهای مردودی در معاینهٔ فنی باشد: (تعداد به هزار دستگاه است.)
| شماره مرکز | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| تعداد مراجعه | 60 | 77 | 86 | 85 | 79 | 79 | 56 | 59 | 48 | 50 | 55 | 51 | 85 |
| تعداد مردودی | 28 | 16 | 12 | 17 | 26 | 10 | 14 | 14 | 29 | 30 | 22 | 22 | 18 |
خودرویی را از بین خودروهای مراجعه کرده انتخاب میکنیم.
الف) خودروی انتخابی به چه احتمالی مردود شده است؟
فرض میکنیم A پیشامد مردود شدن یک خودرو باشد و $\left( i=1,2,3,...,13 \right){{B}_{i}}$ پیشامد این باشد که خودروی انتخابی از مرکز شماره $i$ باشد. برای بهدست آوردن $P\left( A \right)$ از قانون احتمال کل استفاده میکنیم:
$P\left( A \right)=\sum\limits_{k=1}^{13}{P{{\left( {{B}_{k}} \right)}_{k}}}=P\left( {{B}_{1}} \right)P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)+P\left( {{B}_{2}} \right)P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)...+P\left( {{B}_{13}} \right)P\left( A\left| {{B}_{13}} \right. \right)$
حالا احتمالهایی که نیاز داریم را محاسبه میکنیم و در رابطهٔ بالا قرار میدهیم.
از آنجاییکه 13 مرکز وجود دارد احتمال انتخاب هر مرکز $\frac{1}{13}$ است، پس حاصل همهٔ $P\left( {{B}_{i}} \right)$ها $\frac{1}{13}$ است:
$P\left( {{B}_{1}} \right)=P\left( {{B}_{2}} \right)=P\left( {{B}_{3}} \right)=...=P\left( {{B}_{13}} \right)=\frac{1}{13}$
$P\left( A\left| {{B}_{i}} \right. \right)$ یعنی احتمال اینکه خودروی انتخابی مردود شده باشد به شرطی که از مرکز شمارهٔ i باشد.
با توجه به دادههای جدول مقدار هر کدام از $P\left( A\left| {{B}_{i}} \right. \right)$ها بهصورت زیر است:
$P\left( A\left| {{B}_{1}} \right. \right)=\frac{28}{60}\,\,\,,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{16}{77}\,\,\,,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{12}{86}\,\,\,,\,\,P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{17}{85}\,$
$P\left( A\left| {{B}_{5}} \right. \right)=\frac{26}{79}\,\,\,,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{6}} \right. \right)=\frac{10}{79}\,\,\,,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{7}} \right. \right)=\frac{14}{56}\,\,\,,\,\,P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{14}{59}\,$
$P\left( A\left| {{B}_{9}} \right. \right)=\frac{29}{48}\,\,\,,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{10}} \right. \right)=\frac{30}{50}\,\,\,,\,\,\,P\left( A\left| {{B}_{11}} \right. \right)=\frac{22}{55}\,\,\,,\,\,P\left( A\left| {{B}_{12}} \right. \right)=\frac{22}{51}\,$
$P\left( A\left| {{B}_{13}} \right. \right)=\frac{18}{85}$
بنابراین حاصل $P\left( A \right)$ برابر است با:
$\begin{align}
& P\left( A \right)=\left( \frac{1}{13}\times \frac{28}{60} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{16}{77} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{12}{86} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{17}{85} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{26}{79} \right) \\
& +\left( \frac{1}{13}\times \frac{10}{79} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{14}{56} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{14}{59} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{29}{48} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{30}{50} \right) \\
& +\left( \frac{1}{13}\times \frac{22}{55} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{22}{51} \right)+\left( \frac{1}{13}\times \frac{18}{85} \right)=\frac{1}{13} \\
& \times \left( \frac{28}{60}+\frac{16}{77}+\frac{12}{86}+\frac{17}{85}+\frac{26}{79}+\frac{10}{79}+\frac{14}{56}+\frac{14}{59}+\frac{29}{48}+\frac{30}{50}+\frac{22}{55}+\frac{22}{5}+\frac{18}{85} \right) \\
& \simeq \frac{1}{13}\times 4=\frac{4}{13} \\
\end{align}$
حاصل عبارت داخل پرانتز تقریباً 3/9925 میشود که ما مساوی 4 در نظر گرفتیم.
ب) اگر بدانیم آن خودرو به مرکز شمارهٔ 5 مراجعه کرده، جواب سؤال قبل چند است؟
احتمال اینکه خودروی انتخابی مردود شده باشد اگر بدانیم به مرکز شماره 5 مراجعه کرده برابر $P\left( A\left| {{B}_{5}} \right. \right)$ است که در قسمت الف محاسبه کردهایم:
$P\left( A\left| {{B}_{5}} \right. \right)=\frac{26}{79}$
پ) اگر بدانیم آن خودرو مردود شده است، احتمال اینکه به مرکز شمارهٔ 5 مراجعه کرده باشد چقدر است؟
با توجه به قانون بیز داریم:
$P\left( {{B}_{5}}\left| A \right. \right)=\frac{P\left( {{B}_{5}} \right)\times P\left( A\left| {{B}_{5}} \right. \right)}{P\left( A \right)}\Rightarrow P\left( {{B}_{5}}\left| A \right. \right)=\frac{\frac{1}{3}\times \frac{26}{79}}{\frac{4}{13}}\simeq 0/082$
3- بررسیهای آماری نشان داده است که اگر یک روز ساحل جزیرهٔ هرمز آرام باشد، فردای آن روز به احتمال 90 درصد آرام و به احتمال 10 درصد طوفانی است و اگر ساحل در یک روز طوفانی باشد فردای آن روز به احتمال 50 درصد آرام و به احتمال 50 درصد طوفانی است.

اگر امروز ساحل آرام باشد، احتمال اینکه در دو روز بعد ساحل طوفانی باشد چقدر است؟
فرض میکنیم A پیشامد این باشد که روز اول (فردا) ساحل طوفانی باشد و B پیشامد این باشد که روز دوم (پس فردا) ساحل طوفانی باشد. آنچه مسئله از ما خواسته است محاسبهٔ احتمال $P\left( A\bigcap B \right)$ است.
طبق قانون ضرب احتمال داریم:
$P\left( A\bigcap B \right)=P\left( A \right)\times P\left( B\left| A \right. \right)$
$P\left( A \right)$ احتمال طوفانی بودن روز اول است. از آنجاییکه امروز ساحل آرام است، بنابراین احتمال طوفانی بودن فردا 10 درصد است پس $P\left( A \right)=\frac{10}{100}$
$P\left( B\left| A \right. \right)$ احتمال طوفانی بودن روز دوم است به شرطی که روز اول هم طوفانی باشد که در اینصورت با توجه به فرض مسئله احتمال آن 50 درصد است پس $P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{50}{100}$
در نتیجه:
$P\left( A\bigcap B \right)=\frac{10}{100}\times \frac{50}{100}=\frac{50}{100\times 100}=\frac{5}{100}=5{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }}$
اگر امروز ساحل آرام باشد، 5 درصد احتمال دارد در دو روز آینده ساحل طوفانی باشد.
4- قانون ضرب احتمال برای سه پیشامد را ثابت کنید: $P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)=P\left( {{A}_{1}} \right)P\left( {{A}_{2}}\left| {{A}_{1}} \right. \right)P\left( {{A}_{3}}\left| \left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right) \right. \right)$
$\begin{align}
& P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)=P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)\times \frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right)}{P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right)}\times \frac{P\left( {{A}_{1}} \right)}{P\left( {{A}_{1}} \right)} \\
& =\frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)}{P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right)}\times \frac{P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right)}{P\left( {{A}_{1}} \right)}\times P\left( {{A}_{1}} \right) \\
& =P\left( {{A}_{3}}\left| P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{3}} \right) \right. \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| {{A}_{1}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{1}} \right) \\
& \Rightarrow P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)=P\left( {{A}_{1}} \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| {{A}_{1}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{3}}\left| P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{3}} \right) \right. \right) \\
\end{align}$
5- قانون ضرب احتمال n پیشامد را بنویسید. اگر بخواهیم از این قانون برای محاسبهٔ احتمال اشتراک n پیشامد استفاده کنیم، به چند حالت مختلف این کار قابل انجام است؟
$\begin{align}
& P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap ...{{A}_{n}} \right)= \\
& P\left( {{A}_{1}} \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| {{A}_{1}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{3}}\left| \left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right) \right. \right)\times P\left( {{A}_{3}} \right)\left( \left. {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right) \right)\times ... \\
& \times P\left( {{A}_{n}}\left| \left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap ...{{A}_{n-1}} \right) \right. \right) \\
\end{align}$
از آنجاییکه علامت اشتراک $\bigcap $ خاصیت جابهجایی دارد به هر ترتیبی که این n مجموعه را کنار هم بچینیم یک حاصلضرب مانند بالا برای آن میتوان نوشت پس این کار به $n!$ روش قابل انجام است.
بهطور مثال اگر $n=3$ باشد، حاصل $P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)$ را به $3!=6$ روش مختلف میتوان نوشت:
$P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)=P\left( {{A}_{1}} \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| {{A}_{1}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{3}}\left| \left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{3}} \right) \right. \right)$
$P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right)=P\left( {{A}_{1}} \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| {{A}_{1}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{3}}\left| \left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{3}} \right) \right. \right)$
$P\left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{3}}\bigcap {{A}_{2}} \right)=P\left( {{A}_{1}} \right)\times P\left( {{A}_{3}}\left| {{A}_{1}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| \left( {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{3}} \right) \right. \right)$
$P\left( {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{3}} \right)=P\left( {{A}_{2}} \right)\times P\left( {{A}_{1}}\left| {{A}_{2}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{3}}\left| \left( {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{1}} \right) \right. \right)$
$P\left( {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}}\bigcap {{A}_{1}} \right)=P\left( {{A}_{2}} \right)\times P\left( {{A}_{3}}\left| {{A}_{2}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{1}}\left| \left( {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{3}} \right) \right. \right)$
$P\left( {{A}_{3}}\bigcap {{A}_{1}}\bigcap {{A}_{2}} \right)=P\left( {{A}_{3}} \right)\times P\left( {{A}_{1}}\left| {{A}_{3}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| \left( {{A}_{3}}\bigcap {{A}_{1}} \right) \right. \right)$
$P\left( {{A}_{3}}\bigcap {{A}_{2}}\bigcap {{A}_{1}} \right)=P\left( {{A}_{3}} \right)\times P\left( {{A}_{2}}\left| {{A}_{3}} \right. \right)\times P\left( {{A}_{1}}\left| \left( {{A}_{3}}\bigcap {{A}_{2}} \right) \right. \right)$
6- جمعیت بزرگسال ساکن در یک روستا، 55 درصد زن و 45 درصد مرد است. می دانیم که 20 درصد زنان بزرگسال و 70 درصد مردان بزرگسال در این روستا گواهینامهٔ تراکتور دارند. اگر بزرگسالی را از ساکنان روستا به تصادف انتخاب کنیم، احتمال اینکه گواهینامهٔ تراکتور داشته باشد چقدر است؟
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که فرد انتخاب شده گواهینامه داشته باشد.
B پیشامد این باشد که فرد انتخاب شده مرد باشد $\leftarrow $ و در اینصورت ${B}'$ پیشامد این است که فرد انتخاب شده زن باشد. از آنجا که B و ${B}'$ فضای نمونه را افراز میکنند، برای پیشامد A داریم:
$P\left( A \right)=P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)$
با توجه به دادههای مسئله داریم:
$P\left( B \right)=\frac{45}{100}\,\,\,,\,\,\,\,P\left( {{B}'} \right)=\frac{55}{100}$
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{70}{100}\,\,\,\,,\,\,\,\,P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)=\frac{20}{100}\,\,$
$P\left( A\left| B \right. \right)$ یعنی احتمال اینکه فرد انتخاب شده گواهینامه داشته باشد به شرطی که مرد باشد. $70{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }}\leftarrow $
$P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)$ یعنی احتمال اینکه فرد انتخاب شده گواهینامه داشته باشد به شرطی که زن باشد. $20{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }}\leftarrow $
در نتیجه با توجه به رابطهٔ $P\left( A \right)$ داریم:
$\begin{align}
& P\left( A \right)=\frac{45}{100}\times \frac{70}{100}+\frac{55}{100}\times \frac{20}{100}=0/45\times 0/70+0/20=0/315+0/11=0/425 \\
& \Rightarrow P\left( A \right)=0/425=42/5{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }} \\
\end{align}$
7- دو ظرف داریم. در اوّلی 4 مهره سبز و 3 مهره قرمز و در دومی 3 مهره سبز و 5 مهره قرمز وجود دارد. از ظرف اوّل یک مهره به طور تصادفی برمیداریم و بدون مشاهده آن را به ظرف دوم منتقل میکنیم. اکنون یک مهره از ظرف دوم بیرون میآوریم؛ با چه احتمالی این مهره سبز است؟
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که مهرهای که از ظرف دوم بیرون میآوریم سبز باشد.
B پیشامد این باشد که مهره جابهجا شده سبز باشد.
${B}'$ پیشامد این باشد که مهره جابهجا شده سبز نباشد (قرمز باشد)
در اینصورت با توجه به اینکه B و ${B}'$ فضای نمونه را افراز میکنند برای پیشامد A داریم:
$P\left( A \right)=P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)$
در ظرف اول 4 مهره سبز و 3 مهره قرمز وجود دارد، احتمال اینکه مهرهای که جابهجا سبز باشد، $\frac{4}{7}$ است:
$P\left( B \right)=\frac{4}{7}$ و احتمال اینکه مهره جابهجا شده قرمز باشد $\frac{3}{7}$ است: $P\left( {{B}'} \right)=\frac{3}{7}$
$P\left( A\left| B \right. \right)$ یعنی احتمال اینکه مهرهای که از ظرف دوم بیرون میآوریم سبز باشد به شرطی که مهرهای که جابهجا شد هم سبز باشد، اگر مهره جابهجا شده سبز باشد در ظرف دوم 4 مهره سبز و 5 مهره قرمز خواهیم داشت، بنابراین احتمال اینکه مهرهای که بیرون میآوریم سبز باشد $\frac{4}{9}$ است:
$P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)=\frac{4}{9}$
در نتیجه با توجه به رابطهای که برای $P\left( A \right)$ گفتیم داریم:
$\begin{align}
& P\left( A \right)=P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| {{B}'} \right. \right) \\
& =\frac{4}{7}\times \frac{4}{9}+\frac{3}{7}\times \frac{4}{9}=\frac{16}{63}+\frac{12}{63}=\frac{28}{63}\Rightarrow P\left( A \right)=\frac{28}{63} \\
\end{align}$
8- در شهری 60 درصد رانندهها مرد و 40 درصد زن هستند. احتمال اینکه یک رانندهٔ مرد، وقتی چراغ راهنمایی قرمز است، روی خط عابر توقف کند 0/05 است و زنها چنین تخلفی را به احتمال 0/01 انجام میدهند. احتمال اینکه یک راننده در این شهر هنگام قرمز بودن چراغ راهنمایی روی خط عابر توقف کند چقدر است؟
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که راننده روی خط عابر توقف کند.
B پیشامد این باشد که راننده مرد باشد.
${B}'$ پیشامد این باشد که راننده زن باشد.
از آنجاییکه B و ${B}'$ فضای نمونه را افراز میکنند برای پیشامد A میتوانیم رابطهٔ زیر را بنویسیم:
$P\left( A \right)=P\left( B \right)\times P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)\times P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)$
با توجه به فرضیات مسئله:
احتمال مرد بودن راننده 60 درصد است: $P\left( B \right)=0/60$
احتمال زن بودن راننده 40 درصد است: $P\left( {{B}'} \right)=0/40$
احتمال اینکه روی خط عابر پیاده توقف کند اگر راننده مرد باشد 0/05 است: $P\left( A\left| B \right. \right)=0/05$
احتمال اینکه روی خط عابر پیاده توقف کند اگر راننده زن باشد 0/01 است: $P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)=0/01$
در نتیجه با توجه به رابطهای که برای $P\left( A \right)$ گفتیم داریم:
$P\left( A \right)=0/6\times 0/05+0/40\times 0/01=0/03+0/004=0/034\Rightarrow P\left( A \right)=0/034$
9- در دو جعبه بهترتیب، 10 و 12 لامپ موجود است. در جعبهٔ اوّل 4 لامپ و در جعبهٔ دوم 3 لامپ معیوب است. از هر کدام از جعبهها 5 لامپ بهتصادف انتخاب و در یک جعبه جدید قرار میدهیم. احتمال آنکه لامپ انتخابی از جعبهٔ جدید، معیوب باشد را محاسبه کنید.
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که لامپ انتخابی معیوب باشد.
B پیشامد این باشد که لامپ انتخابی متعلق به جعبه اول باشد (از جعبه اول به جعبه جدید منتقل شده باشد.)
${B}'$ پیشامد این باشد که لامپ انتخابی متعلق به جعبه دوم باشد (از جعبه دوم به جعبه جدید منتقل شده باشد.)
با توجه به اینکه B و ${B}'$ فضای نمونه را افراز میکنند، میتوانیم برای پیشامد A رابطهٔ زیر را بنویسیم:
$P\left( A \right)=P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| B \right. \right)$
با توجه به فرضیات مسئله میتوانیم بگوییم:
در جعبهٔ جدید 5 لامپ از جعبهٔ اول و 5 لامپ از جعبهٔ دوم وجود دارد. پس احتمال اینکه لامپ انتخابی از جعبهٔ اول باشد $\frac{5}{10}$ است:
$P\left( B \right)=\frac{5}{10}=\frac{1}{2}$
و احتمال اینکه لامپ انتخابی از جعبهٔ دوم باشد نیز $\frac{5}{10}$ است.
$P\left( {{B}'} \right)=\frac{5}{10}=\frac{1}{2}$
احتمال اینکه لامپ انتخابی معیوب باشد به شرطی که از جعبهٔ اول بوده باشد $\frac{4}{10}$ است:
$P\left( A\left| B \right. \right)=\frac{4}{10}$
زیرا در جعبهٔ اول از 10 لامپ 4 تا معیوب هستند.
و احتمال اینکه لامپ انتخابی معیوب باشد به شرطی که از جعبهٔ دوم بوده باشد $\frac{3}{12}$ است:
$P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)=\frac{3}{12}$
زیرا در جعبهٔ دوم از 12 لامپ 3 تا معیوب هستند.
در نتیجه با توجه به رابطهای که برای $P\left( A \right)$ گفتیم مقدار آن قابل محاسبه است.
$P\left( A \right)=\frac{1}{2}\times \frac{4}{10}+\frac{1}{2}\times \frac{3}{12}=\frac{4}{20}+\frac{3}{24}=\frac{1}{5}+\frac{1}{8}=\frac{8+5}{40}=\frac{13}{40}\Rightarrow P\left( A \right)=\frac{13}{40}$
10- 50 درصد واجدین شرایط در شهر A و 80 درصد واجدین شرایط در شهر B در انتخابات شورای شهر شرکت کردهاند. اگر تعداد واجدین شرایط شهر A سه برابر تعداد واجدین شرایط شهر B باشد و فردی به تصادف از بین رأیدهندههای این دو شهر انتخاب شود، به چه احتمالی از شهر A خواهد بود؟
فرض میکنیم:
A پیشامد آن باشد که فرد انتخابی از شهر A باشد.
B پیشامد آن باشد که فرد انتخابی از شهر B باشد.
C پیشامد آن باشد که فرد انتخابی در انتخابات شرکت کرده باشد.
آنچه که مسئله از ما خواسته است محاسبه $P\left( {A\left| C \right.} \right)$ یعنی احتمال اینکه فرد انتخابی از شهر A باشددر صورتیکه در انتخابات شرکت کرده باشد(چون فرد انتخابی را از بین رایدهندهها انتخاب میکنیم.)
با توجه به قانون بیز میتوانیم رابطه زیر را بنویسیم:
$P\left( {A\left| C \right.} \right) = \frac{{P\left( A \right) \times P\left( {C\left| A \right.} \right)}}{{P\left( C \right)}}$
و بهکمک قانون احتمال کل:
$P\left( C \right) = P\left( A \right) \times P\left( {C\left| A \right.} \right) + P\left( B \right) \times P\left( {C\left| B \right.} \right)$
در نتیجه رابطه $P\left( {A\left| C \right.} \right)$ را میتوانیم به شکل زیر بنویسیم:
$P\left( {A\left| C \right.} \right) = \frac{{P\left( A \right) \times P\left( {C\left| A \right.} \right)}}{{P\left( A \right) \times P\left( {C\left| A \right.} \right) + P\left( B \right) \times P\left( {C\left| B \right.} \right)}}$
تعداد واجدین شرایط شهر A، سه برابر واجدین شرایط شهر B است، یعنی $n\left( A \right) = 3n\left( B \right)$ پس میتوانیم بگوییم: $P\left( A \right) = 3P\left( B \right)$
$P\left( {C\left| A \right.} \right)$ یعنی احتمال اینکه فرد انتخابی رأی داده باشد اگر از شهر A باشد که طبق گفته سؤال 50 درصد است: $P\left( {C\left| A \right.} \right) = 0/50$
$P\left( {C\left| B \right.} \right)$ یعنی احتمال اینکه فرد انتخابی رأی داده باشد اگر از شهر B باشد که طبق گفته سؤال 80 درصد است: $P\left( {C\left| B \right.} \right) = 0/80$
حال اعداد و روابط را بهدست آمده را در رابطه $P\left( {C\left| A \right.} \right)$ جایگذاری میکنیم:
$\eqalign{
& P\left( {A\left| C \right.} \right) = \frac{{P\left( A \right) \times 0/50}}{{P\left( A \right) \times 0/50 + P\left( B \right) \times 0/80}}P\left( {A\left| C \right.} \right) = \frac{{3P\left( B \right) \times 0/50}}{{3P\left( B \right) \times 0/50 + P\left( B \right) \times 0/80}} \cr
& P\left( {A\left| C \right.} \right) = \frac{{1/5P\left( B \right)}}{{1/5P\left( B \right) + 0/8P\left( B \right)}} = \frac{{1/5P\left( B \right)}}{{2/3P\left( B \right)}} = \frac{{15}}{{23}} \Rightarrow P\left( {A\left| C \right.} \right) = \frac{{15}}{{23}} \cr} $
پس احتمال اینکه فرد انتخابی از شهر A باشد $\frac{{15}}{{23}}$ است.
11- احتمال مبتلا شدن به یک بیماری خاص برای کودکی که واکسن زده 0/002 و برای کودکی که واکسن نزده 0/1 است. اگر در شهری 90 درصد کودکان، واکسن زده باشند، احتمال اینکه یک کودک از این شهر به این بیماری مبتلا شود چقدر است؟
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که کودک به این بیماری مبتلا شود.
B پیشامد این باشد که کودک واکسن زده باشد.
$B'$ پیشامد این باشد که کودک واکسن نزده باشد.
با توجه به اینکه B و $B'$ فضای نمونه را افراز میکنند برای پیشامد A میتوانیم رابطهٔ زیر را بنویسیم:
$P\left( A \right) = P\left( B \right)P\left( {A\left| B \right.} \right) + P\left( {B'} \right)P\left( {A\left| {B'} \right.} \right)$
و با توجه به فرضها و دادههای مسئله:
احتمال اینکه یک کودک واکسن زده باشد 90 درصد است: $P\left( B \right) = 0/90$
و احتمال اینکه یک کودک واکسن نزده باشد 10 درصد است: $P\left( {B'} \right) = 0/10$
احتمال اینکه یک کودک به بیماری مبتلا شود اگر واکسن نزده باشد 0/002 است: $P\left( {A\left| B \right.} \right) = 0/002$
و احتمال اینکه یک کودک به بیماری مبتلا نشود اگر واکسن نزده باشد 0/1 است: $P\left( {A{{\left| B \right.}^\prime }} \right) = 0/1$
در نتیجه:
$P\left( A \right) = 0/9 \times 0/002 + 0/10 \times 0/1 = 0/0018 + 0/01 = 0/0118 \Rightarrow P\left( A \right) = 0/0118$
بنابراین احتمال اینکه یک کودک به بیماری مبتلا شود 0/0118 است.
12- قانون بیز را ثابت کنید:
$P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {{B_i}} \right)P\left( {A\left| {{B_i}} \right.} \right)}}{{P\left( A \right)}}$
راهنمایی: در دو طرف تساوی از تعریف احتمال شرطی استفاده کنید، تا درستی آنرا ببینید.
دو مجموعه A و ${B_i}$ را در نظر بگیرید، با توجه به تعریف احتمال شرطی داریم:
$P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {{B_i} \cap A} \right)}}{{P\left( A \right)}} \Rightarrow P\left( {{B_i} \cap A} \right) = P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right)P\left( A \right)$
$P\left( {A\left| {{B_i}} \right.} \right) = \frac{{P\left( {A \cap {B_i}} \right)}}{{P\left( {{B_i}} \right)}} \Rightarrow P\left( {A \cap {B_i}} \right) = P\left( {A\left| {{B_i}} \right.} \right)P\left( {{B_i}} \right)$
$ \Rightarrow P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right) \times P\left( A \right) = P\left( {A\left| {{B_i}} \right.} \right)P\left( {{B_i}} \right)$
$ \Rightarrow P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {A\left| {{B_i}} \right.} \right)P\left( {{B_i}} \right)}}{{P\left( A \right)}}$
$ \Rightarrow P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {{B_i}} \right)P\left( {A\left| {{B_i}} \right.} \right)}}{{P\left( A \right)}}$
میدانیم: ${B_i} \cap A = A \cap {B_i}$ لذا $P\left( {{B_i} \cap A} \right) = P\left( {A \cap {B_i}} \right)$
13- امیر و بابک عضو تیم ده نفره والیبال مدرسهاند. در این تیم قد هیچ دو نفری برابر نیست. اگر بدانیم امیر از بابک بلندتر است، احتمال اینکه امیر بلندقدترین عضو تیم باشد چقدر است؟ احتمال اینکه امیر از نظر بلندی قد، نفر نهم باشد چقدر است؟
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که امیر از بابک بلندتر است.
${B_i}$ پیشامد این باشد که امیر از لحاظ قدی نفر iام باشد ${B_1}$ بلندقدترین فرد و ${B_{10}}$ کوتاه قدترین فرد)
قسمت اول مسئله گفته است اگر امیر از بابک بلندتر است احتمال اینکه امیر بلندقدترین عضو تیم باشد، چقدر است؟ یعنی باید $P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right)$ را محاسبه کنیم.
برای محاسبهٔ $P\left( {{B_i}\left| A \right.} \right)$ از قانون بیز استفاده میکنیم:
$P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {{B_1}} \right) \times P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right)}}{{P\left( A \right)}}$
$P\left( {{B_i}} \right)$ یعنی احتمال اینکه امیر بلندقدترین فرد باشد: اگر امیر نفر اول باشد سایر افراد $9!$ جایگشت دارند، کل جایگشتها هم $10!$ است، پس احتمال آن $\frac{{9!}}{{10!}}$ است.
$P\left( {{B_1}} \right) = \frac{{9!}}{{10!}} \times \frac{{9!}}{{10 \times 9!}} = \frac{1}{{10}}$
$P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right)$ یعنی احتمال اینکه امیر از بابک بلندتر باشد به شرطی که امیر نفر اول باشد: بدیهی است احتمال آن 1 است، زیرا امیر بلندقدترین فرد است، پس از بابک هم بلندتر است:
$P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right) = 1$
$P\left( A \right)$ یعنی احتمال اینکه امیر از بابک بلندتر باشد: $\frac{1}{2}$ است. زیرا یا امیر بلندتر است یا بابک.
$P\left( A \right) = \frac{1}{2}$
در نتیجه:
$P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right) = \frac{{\frac{1}{{10}} \times 1}}{{\frac{1}{2}}} = \frac{{\frac{1}{{10}}}}{{\frac{1}{2}}} = \frac{2}{{10}} = \frac{1}{5}$
احتمال اینکه امیر از نظر بلندی قد، نفر نهم باشد، چقدر است؟
یعنی باید $P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right)$ را محاسبه کنیم:
$P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {{B_1}} \right)P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right)}}{{P\left( A \right)}}$
$P\left( {{B_1}} \right)$ یعنی احتمال اینکه امیر نفر نهم باشد: مانند حالت قبل اگر امیر در جایگاه نهم باشد سایر افراد $9!$ جایگشت دارند، کل جایگشتها هم $9!$ است، پس احتمال آن $\frac{{9!}}{{10!}} = \frac{1}{{10}}$
$P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right)$ یعنی احتمال اینکه امیر از بابک بلندتر باشد، اگر امیر نفر نهم باشد: اگر امیر در جایگاه نهم باشد برای این امیر از بابک بلندتر باشد، باید بابک نفر دهم باشد. یعنی از 9 جایگاه باقیمانده فقط یکی برای بابک میتواند باشد، لذا احتمال آن $\frac{1}{9}$ است.
$P\left( A \right)$ یعنی احتمال اینکه امیر از بابک بلندتر باشد: $P\left( A \right) = \frac{1}{2} \leftarrow $
در نتیجه:
$P\left( {{B_9}\left| A \right.} \right) = \frac{{\frac{1}{{10}} \times \frac{1}{9}}}{{\frac{1}{2}}} = \frac{{\frac{1}{{90}}}}{{\frac{1}{2}}} = \frac{2}{{90}} = \frac{1}{{45}}$
14- علی و مازیار هر کدام بهترتیب، با احتمالهای 0/3 و 0/4 برای دیدن یک مسابقهٔ ورزشی به ورزشگاه میروند. اگر علی به ورزشگاه رفته باشد، مازیار با احتمال 0/08 به ورزشگاه میرود.
فرض کنید علی به ورزشگاه نرفته باشد. با چه احتمالی مازیار نیز به ورزشگاه نرفته است؟
این سؤال با دادههای مسئله نادرست است، زیرا:
$A \to P\left( A \right) = 0/4$ پیشامد اینکه علی به ورزشگاه برود.
$B \to P\left( B \right) = 0/3$ پیشامد اینکه مازیار به ورزشگاه برود.
$P\left( {B\left| A \right.} \right) = 0/8$ پیشامد اینکه مازیار به ورزشگاه برود.
$ \Rightarrow P\left( {B\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {A \cap B} \right)}}{{P\left( A \right)}} = 0/8 = \frac{{P\left( {A \cap B} \right)}}{{0/4}}$
$ \Rightarrow P\left( {A \cap B} \right) = 0/8 \times 0/4 = 0/32$ اگر علی به ورزشگاه رفته باشد.
میدانیم احتمال اشتراک دو پیشامد کوچکتر یا مساوی احتمال تکتک آن دو پیشامد است، در حالیکه در این مسئله $P\left( B \right) \lt P\left( {A \cap B} \right)$ شده است و این از لحاظ علمی غلط است. بنابراین دادههای مسئله اشتباه است!
احتمالاً طرح سؤال جای 0/3 و 0/4 را اشتباه کرده است و اگر $P\left( A \right) = 0/3$ و $P\left( B \right) = 0/4$ شود مسئله درست میشود.)
15- خانمها اکبری، برنا و چمنی نسخهخوانهای یک مؤسسهٔ انتشاراتیاند که بهترتیب، 20، 30 و 50 درصد از کارهای نسخهخوانی را انجام میدهند. احتمال اینکه این سه نفر صفحهای که به آنها سپرده شده را بیغلط تصحیح کنند بهترتیب 0/9، 0/95 و 0/99 است. صفحهای نسخهخوانی شده، ولی هنوز غلط دارد. احتمال اینکه مسئول خواندن آن صفحه خانم اکبری بوده باشد چقدر است؟
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که صفحه نسخهخوانی شده غلط دارد.
${B_1}$ پیشامد این باشد که صفحه موردنظر را خانم اکبری تصحیح کرده است.
${B_2}$ پیشامد این باشد که صفحه موردنظر را خانم برنا تصحیح کرده است.
${B_3}$ پیشامد این باشد که صفحه موردنظر را خانم چمنی تصحیح کرده است.
آنچه که مسئله از ما خواسته است محاسبه احتمال $P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right)$ میباشد.
یعنی اگر صفحهای دارای غلط باشد، چقدر احتمال دارد خانم اکبری مسئول آن بوده باشد. با توجه به قانون بیز داریم:
$P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right) = \frac{{P\left( {{B_1}} \right)P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right)}}{{P\left( A \right)}} = \frac{{P\left( {{B_1}} \right)P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right)}}{{P\left( {{B_1}} \right)P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right) + P\left( {{B_2}} \right)P\left( {A\left| {{B_2}} \right.} \right) + P\left( {{B_3}} \right)P\left( {A\left| {{B_3}} \right.} \right)}}$
با توجه به فرضهای مسئله میتوانیم بگوییم:
احتمال اینکه خانم اکبری غلط تصحیح کند: $P\left( {{B_1}} \right) = 0/20\,\,\,,\,\,\,P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right) = 1 - 0/9 = 0/10 \to $
احتمال اینکه خانم برنا غلط تصحیح کند: $P\left( {{B_2}} \right) = 0/30\,\,\,,\,\,\,P\left( {A\left| {{B_2}} \right.} \right) = 1 - 0/95 = 0/05 \to $
احتمال اینکه خانم چمنی غلط تصحیح کند: $P\left( {{B_3}} \right) = 0/50\,\,\,,\,\,\,P\left( {A\left| {{B_3}} \right.} \right) = 1 - 0/99 = 0/01 \to $
این مقادیر را در کسر بالا جایگذاری میکنیم:
$\eqalign{
& P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right) = \frac{{0/20 \times 0/10}}{{0/20 \times 0/10 + 0/30 \times 0/05 + 0/50 \times 0/01}} = \frac{{0/02}}{{0/02 + 0/015 + 0/005}} \cr
& = \frac{{0/02}}{{0/175}} = 0/114 \cr} $
$P\left( {{B_1}\left| A \right.} \right) = = 0/0114 = 11/4{\raise0.5ex\hbox{$\scriptstyle ^\circ $}
\kern-0.1em/\kern-0.15em
\lower0.25ex\hbox{$\scriptstyle ^\circ $}}$
16- فرض کنید از بین چهار کارت با شمارههای 1 تا 4، کارتی را بهتصادف انتخاب میکنیم و سپس سکهای را به تعداد عدد کارت پرتاب میکنیم. اگر 2 بار رو بیاید، احتمال اینکه شمارهٔ کارت خارج شده 3 باشد چقدر است؟
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که 2 بار رو بیاید.
${B_1}$ پیشامد این باشد که کارت شماره 1 خارج شده باشد.
${B_2}$ پیشامد این باشد که کارت شماره 2 خارج شده باشد.
${B_3}$ پیشامد این باشد که کارت شماره 3 خارج شده باشد.
${B_4}$ پیشامد این باشد که کارت شماره 4 خارج شده باشد.
آنچه که مسئله از ما خواسته محاسبه با توجه به فرضهای مسئله میتوانیم بگوییم:
- احتمال انتخاب هر کارت با بقیه یکسان است، بنابراین $P\left( {{B_1}} \right) = P\left( {{B_2}} \right) = P\left( {{B_3}} \right) = P\left( {{B_4}} \right) = \frac{1}{4}$
احتمال اینکه 2 بار رو بیاید، اگر کارت شماره 1 خارج شود، صفر است، زیرا با کارت شماره 1 فقط یکبار سکه را پرتاب میکنیم، پس امکان ندارد 2 بار رو بیاید $P\left( {A\left| {{B_1}} \right.} \right) = 0 \leftarrow $
احتمال اینکه 2 بار رو بیاید اگر کارت شماره 2 خارج شود، $P\left( A\left| {{B}_{2}} \right. \right)=\frac{\left( \begin{matrix}
2 \\
2 \\
\end{matrix} \right)}{{{2}^{2}}}=\frac{1}{4}\leftarrow $
زیرا تعداد کل حالتهای دو سکه $2\times 2=4$ است و تعداد حالتهایی که هر دو رو شوند $\left( \begin{matrix}
2 \\
2 \\
\end{matrix} \right)=1$ میباشد.
احتمال اینکه 2 بار رو بیاید اگر کارت شماره 3 خارج شود $\frac{3}{8}$ است $P\left( A\left| {{B}_{3}} \right. \right)=\frac{\left( \begin{matrix}
3 \\
2 \\
\end{matrix} \right)}{{{2}^{3}}}=\frac{3}{8}\leftarrow $
زیرا تعداد کل حالتهای سه سکه $2 \times 2 \times 2 = 8$ است و تعداد حالتهایی که دو بار رو بیاید $\left( \begin{matrix}
3 \\
2 \\
\end{matrix} \right)=3$ میباشد.
احتمال اینکه 2 بار رو بیاید اگر کارت شماره 4 خارج شود $\frac{6}{16}$ است $P\left( A\left| {{B}_{4}} \right. \right)=\frac{\left( \begin{matrix} 4 \\ 2 \\ \end{matrix} \right)}{{{2}^{4}}}=\frac{6}{16}=\frac{3}{8}\leftarrow $
زیرا تعداد کل حالتهای 4 سکه $2 \times 2 \times 2 = 8$ است و تعداد حالتهایی که دو بار رو بیاید $\left( \begin{matrix} 4 \\ 2 \\ \end{matrix} \right)=6$ میباشد.
با جایگذاری این اعداد در رابطه بیز داریم:
$\eqalign{
& P\left( {{B_3}\left| A \right.} \right) = \frac{{\frac{1}{4} \times \frac{3}{8}}}{{\frac{1}{4} \times 0 + \frac{1}{4} \times \frac{1}{4} + \frac{1}{4} \times \frac{3}{8} + \frac{1}{4} \times \frac{3}{8}}} = \frac{{\frac{1}{4} \times \frac{3}{8}}}{{\frac{1}{4}\left( {\frac{1}{4} + \frac{3}{8} + \frac{3}{8}} \right)}} \cr
& = \frac{{\frac{3}{8}}}{{\frac{2}{8} + \frac{3}{8} + \frac{3}{8}}} = \frac{{\frac{3}{8}}}{{\frac{8}{8}}} = \frac{3}{8} \Rightarrow P\left( {{B_3}\left| A \right.} \right) = \frac{3}{8} \cr} $
اگر 2 بار بیاید، احتمال اینکه کارت شماره 3 خارج شده باشد، $\frac{3}{8}$ است.
17- یک شرکت بیمه، بیمهگزاران خود را به دو گروه تقسیم کرده است؛ گروه «پرخطر» که در یکسال با احتمال 0/4 تصادف میکنند و گروه «کمخطر» که احتمال تصادف کردن آنها در یکسال 0/2 است. میدانیم که 30 درصد بیمهگذاران پرخطرند.
الف) احتمال اینکه یک بیمهگزار در سال آینده تصادف کند را بهدست آورید.
فرض میکنیم:
A پیشامد این باشد که یک بیمهگذار تصادف کند.
B پیشامد این باشد که یک بیمهگذار جزو گروه «پرخطر» باشد.
${B}'$ پیشامد این باشد که یک بیمهگذار جزو گروه «کمخطر» باشد.
آنچه مسئله در قسمت الف از ما خواسته است $P\left( A \right)$ میباشد.
با توجه به قانون احتمال کل و دو مجموعهٔ B و ${B}'$ که فضای نمونه را افراز میکنند رابطهٔ زیر را برای $P\left( A \right)$ میتوانیم بنویسیم:
$P\left( A \right)=P\left( B \right)P\left( A\left| B \right. \right)+P\left( {{B}'} \right)P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)$
طبق فرضیات مسئله داریم:
$P\left( B \right)=30{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }}=0/30\Rightarrow P\left( {{B}'} \right)=1-0/30=0/70$
احتمال اینکه بیمهگذار تصادف کند اگر جزو گروه پرخطر باشد. $P\left( A\left| B \right. \right)=0/4$
احتمال اینکه بیمهگذار تصادف کند اگر جزو گروه کمخطر باشد. $P\left( A\left| {{B}'} \right. \right)=0/2$
در نتیجه:
$P\left( A \right)=0/3\times 0/4+0/7\times 0/2=0/12+0/14=0/26\Rightarrow P\left( A \right)=0/26$
احتمال اینکه یک بیمهگذار تصادف کند 0/25 یا 26 درصد است.
ب) اگر یک بیمهگزار در سال گذشته تصادف کرده باشد، احتمال اینکه جزء گروه پرخطر باشد چقدر است؟
آنچه مسئله در قسمت ب از ما خواسته است $P\left( B\left| A \right. \right)$ میباشد.
بهکمک رابطه بیز مقدار $P\left( B\left| A \right. \right)$ را بهدست میآوریم:
$P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{P\left( B \right)\times P\left( A\left| B \right. \right)}{P\left( A \right)}$
مقادیر $P\left( A\left| B \right. \right)$ و $P\left( B \right)$ را از فرض مسئله داریم و مقدار $P\left( A \right)$ را نیز در قسمت الف محاسبه کردیم، پس:
$P\left( B\left| A \right. \right)=\frac{0/3\times 0/4}{0/26}=\frac{0/12}{0/26}=\frac{12}{26}=\frac{6}{13}\simeq 46{\scriptstyle{}^{{}^\circ }/{}_{{}^\circ }}$
احتمال اینکه اگر یک بیمهگذار تصادف کرده باشد، جزو گروه پرخطر باشد $\frac{6}{13}$ یا تقریباً 46 درصد است.
