28.7 Prawdopodobieństwo warunkowe
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Spośród liczb $0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10$, wybieramy losowo jedną liczbę. Oblicz prawdopodobieństwo wylosowania liczby podzielnej przez $4$, jeżeli wiadomo, że wylosowana liczba jest parzysta.
Prawdopodobieństwo wylosowania liczby podzielnej przez $4$, jeżeli wiadomo, że wylosowana liczba jest parzysta, wynosi $\frac{1}{2}$.
Jest to zadanie na prawdopodobieństwo warunkowe. Przestrzeń zdarzeń elementarnych to zbiór $\Omega = \{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10\}$, a jej moc to $|\Omega| = 11$.
Definiujemy zdarzenia:
$A$ - wylosowano liczbę podzielną przez $4$.
$B$ - wylosowano liczbę parzystą.
Naszym celem jest obliczenie $P(A|B)$, czyli prawdopodobieństwa zdarzenia $A$ pod warunkiem zajścia zdarzenia $B$.
Wypiszmy elementy zbiorów $A$ i $B$.
Zbiór liczb podzielnych przez $4$ to $A = \{0, 4, 8\}$. Moc tego zbioru wynosi $|A| = 3$.
Zbiór liczb parzystych to $B = \{0, 2, 4, 6, 8, 10\}$. Moc tego zbioru wynosi $|B| = 6$.
Warunek, że wylosowana liczba jest parzysta, oznacza, że nasza nowa, ograniczona przestrzeń zdarzeń to zbiór $B$. Musimy teraz znaleźć, które z liczb w zbiorze $B$ są również podzielne przez $4$. W tym celu wyznaczamy iloczyn zdarzeń $A$ i $B$.
Zdarzenie $A \cap B$ polega na wylosowaniu liczby parzystej i podzielnej przez $4$. Elementy tego zbioru to:\[A \cap B = \{0, 4, 8\}\]Liczba zdarzeń sprzyjających w tej ograniczonej przestrzeni wynosi $|A \cap B| = 3$.
Prawdopodobieństwo warunkowe $P(A|B)$ jest równe stosunkowi mocy zbioru $A \cap B$ do mocy zbioru $B$:\[P(A|B) = \frac{|A \cap B|}{|B|}\]\[P(A|B) = \frac{3}{6} = \frac{1}{2}\]
Zadanie 2 (2 pkt)
W pięćdziesięcioosobowej grupie studentów $15$ osób zna tylko język angielski, $20$ osób – tylko język hiszpański, a $15$ osób – zarówno język angielski, jak i hiszpański. Oblicz prawdopodobieństwo wybrania losowo osoby z tej grupy, która zna język hiszpański, jeżeli wiadomo, że zna ona język angielski.
Prawdopodobieństwo wynosi $\frac{1}{2}$.
Oznaczmy zdarzenia:
$A$ - wylosowana osoba zna język angielski.
$H$ - wylosowana osoba zna język hiszpański.
Szukamy prawdopodobieństwa warunkowego $P(H|A)$, czyli prawdopodobieństwa, że osoba zna język hiszpański pod warunkiem, że zna język angielski.
Z treści zadania wiemy, że:
Liczba osób znających tylko język angielski: $15$.
Liczba osób znających tylko język hiszpański: $20$.
Liczba osób znających oba języki (angielski i hiszpański): $15$.
Całkowita liczba studentów w grupie to $15 + 20 + 15 = 50$.
Obliczamy liczbę osób, które znają język angielski. Jest to suma osób znających tylko angielski oraz osób znających oba języki.\[|A| = 15 + 15 = 30\]Zdarzenie, którego prawdopodobieństwo szukamy, to wylosowanie osoby znającej hiszpański spośród osób znających angielski. Osoby te muszą znać oba języki. Liczba takich osób jest równa $|A \cap H|$.\[|A \cap H| = 15\]Prawdopodobieństwo warunkowe $P(H|A)$ obliczamy jako stosunek liczby osób znających oba języki do liczby wszystkich osób znających język angielski.\[P(H|A) = \frac{|A \cap H|}{|A|}\]\[P(H|A) = \frac{15}{30} = \frac{1}{2}\]
Zadanie 3 (2 pkt)
W urnie znajduje się $5$ kul białych, $2$ kule czerwone i $6$ kul niebieskich. Z urny wybieramy losowo jedną kulę. Oblicz prawdopodobieństwo wylosowania kuli białej, jeżeli wiadomo, że wylosowana kula nie jest czerwona.
Prawdopodobieństwo wylosowania kuli białej, jeżeli wiadomo, że wylosowana kula nie jest czerwona, wynosi $\frac{5}{11}$.
Aby rozwiązać to zadanie, skorzystamy z definicji prawdopodobieństwa warunkowego.
Najpierw zliczamy wszystkie kule w urnie. Niech $\Omega$ będzie zbiorem wszystkich zdarzeń elementarnych.
Liczba wszystkich kul w urnie wynosi: $5$ (białych) + $2$ (czerwone) + $6$ (niebieskich) = $13$ kul.
Zatem moc zbioru $\Omega$ wynosi $|\Omega| = 13$.
Definiujemy zdarzenia:
$A$ - zdarzenie polegające na wylosowaniu kuli białej.
$B$ - zdarzenie polegające na tym, że wylosowana kula nie jest czerwona.
Musimy obliczyć prawdopodobieństwo warunkowe $P(A|B)$.
Wzór na prawdopodobieństwo warunkowe to:\[P(A|B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)}\]gdzie $P(B) > 0$.
Obliczmy prawdopodobieństwo zdarzenia $B$. Zdarzenie $B$ oznacza, że wylosowana kula nie jest czerwona, czyli jest biała lub niebieska. Liczba takich kul wynosi $5 + 6 = 11$. Zatem moc zdarzenia $B$ to $|B| = 11$.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ wynosi:\[P(B) = \frac{|B|}{|\Omega|} = \frac{11}{13}\]Teraz rozważmy zdarzenie $A \cap B$. Oznacza ono, że wylosowana kula jest biała i jednocześnie nie jest czerwona. Każda kula biała spełnia ten warunek, więc zdarzenie $A \cap B$ jest tożsame ze zdarzeniem $A$. Zatem $A \cap B = A$.
Liczba kul białych w urnie wynosi $5$, więc moc zdarzenia $A \cap B$ jest równa $|A \cap B| = |A| = 5$.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $A \cap B$ wynosi:\[P(A \cap B) = \frac{|A \cap B|}{|\Omega|} = \frac{5}{13}\]Na koniec, podstawiamy obliczone wartości do wzoru na prawdopodobieństwo warunkowe:\[P(A|B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)} = \frac{\frac{5}{13}}{\frac{11}{13}} = \frac{5}{13} \cdot \frac{13}{11} = \frac{5}{11}\]
Zadanie 4 (4 pkt)
Z talii 52 kart losujemy 2 karty. Oblicz prawdopodobieństwo wylosowania dwóch kart, które są kartami numerowanymi (od 2 do 10), jeżeli wiadomo, że:
a) obie karty są pikami
b) obie karty są czarne.
a) $\frac{6}{13}$
b) $\frac{153}{325}$
Stosujemy metodę prawdopodobieństwa warunkowego. Niech $A$ będzie zdarzeniem polegającym na wylosowaniu dwóch kart numerowanych (od 2 do 10). W talii jest 9 rodzajów kart numerowanych w każdym z 4 kolorów, co daje łącznie $9 \times 4 = 36$ kart numerowanych.
a) Niech $B$ będzie zdarzeniem polegającym na wylosowaniu dwóch pików. Przestrzeń zdarzeń jest ograniczona do par kart wybranych spośród 13 pików. Liczba takich par wynosi:\[|B| = \binom{13}{2} = \frac{13!}{2!11!} = \frac{12 \cdot 13}{2} = 78\]Zdarzenie $A \cap B$ to wylosowanie dwóch kart numerowanych, które są pikami. Wśród 13 pików jest 9 kart numerowanych (od 2 do 10 pik). Liczba sposobów wylosowania dwóch z nich to:\[|A \cap B| = \binom{9}{2} = \frac{9!}{2!7!} = \frac{8 \cdot 9}{2} = 36\]Prawdopodobieństwo wylosowania dwóch kart numerowanych, pod warunkiem że obie są pikami, wynosi:\[P(A|B) = \frac{36}{78} = \frac{6}{13}\]b) Niech $C$ będzie zdarzeniem polegającym na wylosowaniu dwóch kart czarnych. W talii jest 26 kart czarnych (13 pików i 13 trefli). Liczba możliwych par kart czarnych wynosi:\[|C| = \binom{26}{2} = \frac{26!}{2!24!} = \frac{25 \cdot 26}{2} = 325\]Zdarzenie $A \cap C$ to wylosowanie dwóch kart numerowanych, które są czarne. Wśród 26 kart czarnych jest 18 kart numerowanych (9 pików i 9 trefli). Liczba sposobów wylosowania dwóch z nich to:\[|A \cap C| = \binom{18}{2} = \frac{18!}{2!16!} = \frac{17 \cdot 18}{2} = 153\]Prawdopodobieństwo wylosowania dwóch kart numerowanych, pod warunkiem że obie są czarne, wynosi:\[P(A|C) = \frac{153}{325}\]
Zadanie 5 (3 pkt)
W pewnej populacji zwierząt występują nosiciele wirusa F-15, który jest jedynym czynnikiem wywołującym chorobę ZT. Badania wykazały, że $2,4\%$ populacji jest nosicielem wirusa F-15. Prawdopodobieństwo, że nosiciel zachoruje na chorobę ZT, wynosi $0,25$. Oblicz prawdopodobieństwo, że losowo wybrane zwierzę z tej populacji zachoruje na chorobę ZT.
Prawdopodobieństwo, że losowo wybrane zwierzę zachoruje na chorobę ZT, wynosi $0,006$.
Oznaczmy następujące zdarzenia:
$N$ - losowo wybrane zwierzę jest nosicielem wirusa F-15.
$C$ - losowo wybrane zwierzę zachorowało na chorobę ZT.
Z treści zadania wiemy, że:
Prawdopodobieństwo, że losowo wybrane zwierzę jest nosicielem wirusa, wynosi $P(N) = 2,4\% = 0,024$.
Prawdopodobieństwo zachorowania nosiciela na chorobę ZT jest prawdopodobieństwem warunkowym, co zapisujemy jako $P(C|N) = 0,25$.
Szukamy prawdopodobieństwa zachorowania na chorobę ZT przez losowo wybrane zwierzę, czyli $P(C)$.
Ponieważ wirus F-15 jest jedynym czynnikiem powodującym chorobę ZT, zwierzę może zachorować tylko wtedy, gdy jest nosicielem. Zatem zdarzenie zachorowania ($C$) jest tożsame z częścią wspólną zdarzeń bycia nosicielem ($N$) i zachorowania ($C$). Musimy obliczyć $P(C \cap N)$.
Z definicji prawdopodobieństwa warunkowego:\[P(C|N) = \frac{P(C \cap N)}{P(N)}\]Przekształcając wzór, otrzymujemy:\[P(C \cap N) = P(C|N) \cdot P(N)\]Podstawiamy dane wartości:\[P(C) = P(C \cap N) = 0,25 \cdot 0,024\]\[P(C) = 0,006\]
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Spośród liczb $1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12$, wybieramy losowo jedną liczbę. Oblicz prawdopodobieństwo wylosowania liczby pierwszej, jeżeli wiadomo, że wylosowana liczba jest większa od $5$.
Prawdopodobieństwo wylosowania liczby pierwszej, jeżeli wiadomo, że wylosowana liczba jest większa od $5$, wynosi $\frac{2}{7}$.
Zadanie 2 (2 pkt)
W sześćdziesięcioosobowej grupie pracowników $20$ osób zna tylko język francuski, $15$ osób – tylko język włoski, a $10$ osób – zarówno język francuski, jak i włoski. Pozostałe osoby nie znają żadnego z tych języków. Oblicz prawdopodobieństwo wybrania losowo osoby z tej grupy, która zna język włoski, jeżeli wiadomo, że zna ona język francuski.
Prawdopodobieństwo wynosi $\frac{1}{3}$.
Zadanie 3 (2 pkt)
W koszyku znajduje się $7$ jabłek zielonych, $4$ jabłka żółte i $3$ jabłka czerwone. Z koszyka wybieramy losowo jeden owoc. Oblicz prawdopodobieństwo wylosowania jabłka żółtego, jeżeli wiadomo, że wylosowany owoc nie jest zielony.
Prawdopodobieństwo wylosowania jabłka żółtego, jeżeli wiadomo, że wylosowany owoc nie jest zielony, wynosi $\frac{4}{7}$.
Zadanie 4 (4 pkt)
Z talii 52 kart losujemy 2 karty. Oblicz prawdopodobieństwo wylosowania króla i damy, jeżeli wiadomo, że:
a) obie karty są treflami
b) jedna karta jest czerwona, a druga czarna.
a) $\frac{1}{78}$
b) $\frac{2}{169}$
Zadanie 5 (3 pkt)
W populacji ludzkiej krąży wirus K-99, będący jedyną przyczyną choroby AB. Ustalono, że $0,8\%$ populacji to nosiciele wirusa K-99. Prawdopodobieństwo, że nosiciel wirusa zachoruje na chorobę AB, jest równe $0,625$. Oblicz prawdopodobieństwo, że losowo wybrana osoba z tej populacji zachoruje na chorobę AB.
Prawdopodobieństwo, że losowo wybrana osoba zachoruje na chorobę AB, wynosi $0,005$.
