用古典概型解释“生日悖论”

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  一年有365天(假设不是闰年),如果遇到同一天生日的人,人们会不禁感慨,真是巧合,有缘分啊!然而有名的生日悖论指出,如果一个房间里有23个或23个以上的人,那么至少有两个人的生日相同的概率要大于50%。从生日悖论的内容可以看出,两个人生日相同还是很容易发生的。但是从直观来看,两个人的生日相同是比较稀少的事情。并且一般来说,可能认为人数起码得达到183,因为182.5是365的一半,至少有两个人的生日相同的概率才能大于50%。下面我拟用学过的古典概型的知识来解释这个矛盾的现象。先考虑房间里刚好有23个人的情况。
  假设每个人的生日都是独立的,是365天中的某一天,因此23个人的生日情况的基本事件数为36523。虽然36523是个很大的数,但是仍然是个有限的数,因此符合古典概型要求的只有有限个不同基本事件的条件。并且23个人的生日情况是这36523种情况里的任何一种,并且可能性是相同的。因此符合古典概型每个基本事件发生的可能性是均等的条件。因为不是闰年,因此每个人的生日是且只是一年365天中的一天。可见这个问题符合古典概型的条件。我们可以通过古典概型的求解方法来计算23人中至少有两个人的生日相同这一事件的概率。
  设事件A为:23人中至少有两个人的生日相同。在计算事件A包含的基本事件数时,我发现因为情况众多,计算过程非常复杂。正难则反的思想是求解概率题时经常使用的技巧。因此我考虑计算A的对立事件的概率。
  设事件B为: 23个人生日都不相同这一事件。通过仔细观察可以发现。事件A和B为对立事件。因此有P(A)=1-P(B)。这样就可以通过计算P(B)来计算P(A)。
  下面计算事件B包含的基本事件数。第一个人的生日有365种可能,第二个人的生日不能和第一个人相同,因此有364种可能。以此类推,第n个人的生日有365-n+1种可能。因此23个人生日都不相同的这一事件包含的基本事件数为365×364×…×(365-23+1)=365×364×…×343。
  由古典概型的概率计算公式,可以得到事件B的概率:
  从而我们可以得到事件A,也即23人中至少有两个人的生日相同这一事件的概率为1-0.4927=0.5073。这就证明了23人中至少有两个人的生日相同这一事件的概率大于50%这一结论。因此直观的想法要使房间中至少有两个人的生日相同的概率要大于50%,房间至少需要183人的想法是错误的。
  也可以用类似的方法计算出房间有183个人时,至少有两个人的生日相同这一事件的概率。具体计算过程如下:
  因此如果房间中有183个人,那么至少有两个人的生日相同这一事件的概率接近于1。
  我们进一步可以算得房间中有30、40和50个人时,至少有两个人的生日相同这一事件的概率分别为:
  利用相同的思路可以得到房间有n个人时至少有两个人的生日相同的概率计算公式为:
  以上的分析利用古典概型的知识计算出了给定人群中至少有两个人的生日相同这一事件的概率。显然,在一群人中,当人数稍微多一些时,至少有两个人的生日相同这一事件的概率是比较大的。这很好地解释了生日悖论论述的结果。
  我在查阅文献时,发现有文章也试图解释生日悖论,但是当我发现可以直接利用古典概型计算出至少有兩个人的生日相同这一事件的概率时,生日悖论就可以得到非常清晰的解释。同时,我们的计算结果也得出了一些非常有趣的结论, 从实际例子的分析,我也看出了概率统计的知识是非常有用的。
  参考文献:
  [1]李 彤.原来同日生并不是老天的安排[J].科普童话,2016(41):20.
  [2]赵 辉. 古典概型的模型归纳和计算方法[J]. 安徽电子信息职业技术学院学报, 2003(6):62-63.
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