解概率题还需“三思”

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  1 递推思想
  例1:设正四面体的四个顶点是A、B、C、D,各棱长均为1米,有一个小虫从点A开始按以下规则前进:在每一点处用同样的概率选择通过这个顶点的三条棱之一,并一直爬到这条棱的尽头;求:它爬了7米之后恰好位于A点的概率.
  分析:设Pn为该小虫爬了n米之后恰好位于A点的概率,则有: ,且 (*)
   于是有: (**)
   所以:由(*)(**)得
   因此:
  小结与反思:应用递推思想解题,会遇到如下两个方面的问题:一是如何找到满足题设条件的递推公式,二是推理计算.它的一般步骤:(1)用Pn表示与n有关的欲计概率,计算一些初始值P1,P2,P3,…;(2)建立Pn与Pn-1,Pn-2,Pn-3,…,Pn-k间的递推关系,并求出递推关系.
  2 对称思想
  例2:甲、乙两人掷均匀硬币,其中甲掷n+1次,乙掷n次.求“甲掷出正面的次数大于乙掷出正面的次数”这一事件的概率.
  分析:设 甲正=甲掷出正面的次数
   甲反=甲掷出反面的次数
   乙正=乙掷出正面的次数
   乙反=乙掷出反面的次数
  于是所求事件的概率为P(甲正>乙正),另一方面显然有
  因为硬币是均匀的,由对称性知
  由此即得
  在这个例题中,由于巧妙地运用了“对称性”使问题迎刃而解,从而避免了冗长的计算.
  3 容斥原理
  例3:某人写了4封信及4个写了相应的收信人的姓名及邮编、地址的信封,现把所有的信一一装到信封中去.
  求:(1)所有的信都装错信封的概率.(2)若n封信装入n个信封,则所有的信都装错信封的概率是多少?
  分析:(Ⅰ)对于第(1)问的一般解法是用分类讨论分步计数的思想:设4封信分别为a、b、c、d,4个信封分别为A、B、C、D.第1步:装a,则共有:3种;不妨设a装入B.第2步:装b,分三种情况①若b装入A,则有c装入D、d装入D,共1种,②若b装入C,则有c装入D、d装入A,共1种,③若b装入D,则有c装入A、d装入C,共1种;由①②③共1+1+1=3种。由第1步、第2步得:共有3×3=9种.于是(1)中所求概率为
  (Ⅱ)显然对于第二问,若仍用第一问的分类讨论分步计数思想,则十分烦琐并且无法实施.
  下面介绍容斥原理:先做第(2)问:
  设I为所有的装法构成的集合,则显然card(I)=n!,我们用1,2,3,…,n分别对信和信封进行编号,并记为Ai(i=1,2,3,…,n)为第i封信恰装入第i个信封的所有装法构成的集合,则为第i封信不装入第i个信封的所有装法构成的集合,而所求的全部装错的装法的集合即为 则:
  因此:所有的信都装错信封的概率为
   ;(***)
  则第(1)问的结果为
  可见对于装错信封问题(即错位问题)利用(***)式则可提高思维的起点、缩短思维路线、便于记忆与运算。
  
  参考文献:
  [1]刘扬,王虹.由两道概率论习题引发的讨论.数学通报,2004.6,p44—45
  [2]陈传理,张同君.《竞赛数学教程》.高等教育出版社.
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