28.6 Doświadczenia losowe wieloetapowe
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Ania trenuje siatkówkę. Udaje jej się poprawnie zaserwować średnio 8 razy na 10 prób. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ – Ania, wykonując trzy serwy, wykona co najmniej 2 udane serwy.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ wynosi $\frac{112}{125}$.
Oznaczmy zdarzenia:
$S$ – udany serw.
$N$ – nieudany serw.
Z treści zadania znamy prawdopodobieństwo udanego serwu:\[P(S) = p = \frac{8}{10} = \frac{4}{5}\]Prawdopodobieństwo nieudanego serwu wynosi zatem:\[P(N) = q = 1 - p = 1 - \frac{4}{5} = \frac{1}{5}\]Zdarzenie $B$ polega na tym, że Ania wykona co najmniej 2 udane serwy w 3 próbach. Oznacza to, że wykona dokładnie 2 udane serwy lub dokładnie 3 udane serwy. Próby są zdarzeniami niezależnymi.
Przypadek 1: Ania wykonuje dokładnie 2 udane serwy.
Możliwe są następujące sekwencje:
1. Udany, Udany, Nieudany ($S, S, N$)
2. Udany, Nieudany, Udany ($S, N, S$)
3. Nieudany, Udany, Udany ($N, S, S$)
Prawdopodobieństwo każdej z tych sekwencji jest takie samo:\[p \cdot p \cdot q = \left(\frac{4}{5}\right)^2 \cdot \frac{1}{5} = \frac{16}{25} \cdot \frac{1}{5} = \frac{16}{125}\]Ponieważ są 3 takie możliwości, prawdopodobieństwo wykonania dokładnie 2 udanych serwów wynosi:\[P(\text{dokładnie 2 udane}) = 3 \cdot \frac{16}{125} = \frac{48}{125}\]Przypadek 2: Ania wykonuje dokładnie 3 udane serwy.
Jest tylko jedna taka możliwość: Udany, Udany, Udany ($S, S, S$).
Prawdopodobieństwo tej sekwencji wynosi:\[P(\text{dokładnie 3 udane}) = p \cdot p \cdot p = \left(\frac{4}{5}\right)^3 = \frac{64}{125}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ jest sumą prawdopodobieństw tych dwóch przypadków:\[P(B) = P(\text{dokładnie 2 udane}) + P(\text{dokładnie 3 udane})\]\[P(B) = \frac{48}{125} + \frac{64}{125} = \frac{112}{125}\]
Zadanie 2 (2 pkt)
Strzelec A trafia do tarczy z prawdopodobieństwem równym $\frac{1}{2}$, a strzelec B – z prawdopodobieństwem równym $\frac{2}{5}$. Obaj strzelcy oddają po jednym strzale do tej samej tarczy. Oblicz prawdopodobieństwo, że tarcza została trafiona co najmniej jeden raz.
Prawdopodobieństwo, że tarcza została trafiona co najmniej jeden raz, wynosi $\frac{7}{10}$.
Oznaczmy zdarzenia:
$A$ – strzelec A trafia do tarczy.
$B$ – strzelec B trafia do tarczy.
$C$ – tarcza została trafiona co najmniej jeden raz.
Z treści zadania znamy prawdopodobieństwa trafienia dla każdego strzelca:\[P(A) = \frac{1}{2}\]\[P(B) = \frac{2}{5}\]Aby obliczyć prawdopodobieństwo zdarzenia $C$, skorzystamy ze zdarzenia przeciwnego $C'$, które polega na tym, że żaden ze strzelców nie trafił w tarczę.
Oznaczmy zdarzenia przeciwne do $A$ i $B$ jako $A'$ i $B'$:
$A'$ – strzelec A nie trafia do tarczy.
$B'$ – strzelec B nie trafia do tarczy.
Prawdopodobieństwa tych zdarzeń wynoszą:\[P(A') = 1 - P(A) = 1 - \frac{1}{2} = \frac{1}{2}\]\[P(B') = 1 - P(B) = 1 - \frac{2}{5} = \frac{3}{5}\]Strzały są zdarzeniami niezależnymi, więc prawdopodobieństwo, że obaj strzelcy spudłują ($C'$), jest iloczynem prawdopodobieństw ich pojedynczych spudłowań:\[P(C') = P(A' \cap B') = P(A') \cdot P(B') = \frac{1}{2} \cdot \frac{3}{5} = \frac{3}{10}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $C$ jest równe $1$ minus prawdopodobieństwo zdarzenia przeciwnego $C'$:\[P(C) = 1 - P(C') = 1 - \frac{3}{10} = \frac{7}{10}\]
Zadanie 3 (3 pkt)
W urnie znajduje się $5$ kul czerwonych, $3$ kule zielone i $7$ kul żółtych. Losujemy kolejno bez zwracania dwie kule. Oblicz prawdopodobieństwo, że obie wylosowane kule będą tego samego koloru.
Prawdopodobieństwo, że obie wylosowane kule będą tego samego koloru, wynosi $\frac{34}{105}$.
Na początku obliczamy całkowitą liczbę kul w urnie. Niech $N$ oznacza całkowitą liczbę kul.\[N = 5 + 3 + 7 = 15\]Zdarzenie $A$ polega na wylosowaniu dwóch kul tego samego koloru. Oznacza to, że możemy wylosować parę kul czerwonych ($A_c$), parę zielonych ($A_z$) lub parę żółtych ($A_x$). Ponieważ te zdarzenia są rozłączne, prawdopodobieństwo zdarzenia $A$ jest sumą prawdopodobieństw tych zdarzeń:\[P(A) = P(A_c) + P(A_z) + P(A_x)\]Obliczamy prawdopodobieństwo dla każdego koloru, pamiętając, że losowanie odbywa się bez zwracania.
Prawdopodobieństwo wylosowania dwóch kul czerwonych ($A_c$):
Prawdopodobieństwo wylosowania pierwszej czerwonej kuli wynosi $\frac{5}{15}$. Po wylosowaniu jednej, w urnie zostaje $14$ kul, w tym $4$ czerwone. Zatem prawdopodobieństwo wylosowania drugiej czerwonej kuli wynosi $\frac{4}{14}$.\[P(A_c) = \frac{5}{15} \cdot \frac{4}{14} = \frac{20}{210}\]Prawdopodobieństwo wylosowania dwóch kul zielonych ($A_z$):
Prawdopodobieństwo wylosowania pierwszej zielonej kuli wynosi $\frac{3}{15}$. Po wylosowaniu jednej, w urnie zostaje $14$ kul, w tym $2$ zielone. Zatem prawdopodobieństwo wylosowania drugiej zielonej kuli wynosi $\frac{2}{14}$.\[P(A_z) = \frac{3}{15} \cdot \frac{2}{14} = \frac{6}{210}\]Prawdopodobieństwo wylosowania dwóch kul żółtych ($A_x$):
Prawdopodobieństwo wylosowania pierwszej żółtej kuli wynosi $\frac{7}{15}$. Po wylosowaniu jednej, w urnie zostaje $14$ kul, w tym $6$ żółtych. Zatem prawdopodobieństwo wylosowania drugiej żółtej kuli wynosi $\frac{6}{14}$.\[P(A_x) = \frac{7}{15} \cdot \frac{6}{14} = \frac{42}{210}\]Sumujemy prawdopodobieństwa, aby otrzymać $P(A)$:\[P(A) = \frac{20}{210} + \frac{6}{210} + \frac{42}{210} = \frac{20+6+42}{210} = \frac{68}{210}\]Upraszczamy wynik:\[P(A) = \frac{68}{210} = \frac{34}{105}\]
Zadanie 4 (4 pkt)
W pojedynczym rzucie niesymetryczną monetą prawdopodobieństwo otrzymania orła jest równe $\frac{1}{4}$, a reszki jest równe $\frac{3}{4}$. Rzucamy trzy razy tą monetą. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzeń:
$A$ — orzeł wypadł dokładnie dwa razy,
$B$ — reszka wypadła co najmniej dwa razy.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $A$ wynosi $P(A) = \frac{9}{64}$.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ wynosi $P(B) = \frac{27}{32}$.
Oznaczmy zdarzenie polegające na wyrzuceniu orła jako $O$, a reszki jako $R$. Z treści zadania znamy prawdopodobieństwa tych zdarzeń w pojedynczym rzucie:\[P(O) = \frac{1}{4}\]\[P(R) = \frac{3}{4}\]Wykonujemy trzy niezależne rzuty monetą.
$\textbf{Zdarzenie A: orzeł wypadł dokładnie dwa razy}$
Zdarzenie to oznacza, że w trzech rzutach otrzymaliśmy dwa orły i jedną reszkę. Możliwe są następujące kombinacje:
1. Orzeł, Orzeł, Reszka (OOR)
2. Orzeł, Reszka, Orzeł (ORO)
3. Reszka, Orzeł, Orzeł (ROO)
Obliczmy prawdopodobieństwo każdej z tych kombinacji:\[P(OOR) = P(O) \cdot P(O) \cdot P(R) = \frac{1}{4} \cdot \frac{1}{4} \cdot \frac{3}{4} = \frac{3}{64}\]\[P(ORO) = P(O) \cdot P(R) \cdot P(O) = \frac{1}{4} \cdot \frac{3}{4} \cdot \frac{1}{4} = \frac{3}{64}\]\[P(ROO) = P(R) \cdot P(O) \cdot P(O) = \frac{3}{4} \cdot \frac{1}{4} \cdot \frac{1}{4} = \frac{3}{64}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $A$ jest sumą prawdopodobieństw powyższych zdarzeń:\[P(A) = P(OOR) + P(ORO) + P(ROO) = \frac{3}{64} + \frac{3}{64} + \frac{3}{64} = \frac{9}{64}\]$\textbf{Zdarzenie B: reszka wypadła co najmniej dwa razy}$
Zdarzenie to oznacza, że reszka wypadła dwa razy lub trzy razy.
Przypadek 1: Reszka wypadła dwa razy (i jeden orzeł).
Możliwe kombinacje to RRO, ROR, ORR. Prawdopodobieństwo każdej z nich wynosi $\frac{3}{4} \cdot \frac{3}{4} \cdot \frac{1}{4} = \frac{9}{64}$.
Suma prawdopodobieństw dla tego przypadku wynosi $3 \cdot \frac{9}{64} = \frac{27}{64}$.
Przypadek 2: Reszka wypadła trzy razy.
Jest tylko jedna taka możliwość: RRR.\[P(RRR) = P(R) \cdot P(R) \cdot P(R) = \frac{3}{4} \cdot \frac{3}{4} \cdot \frac{3}{4} = \frac{27}{64}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ jest sumą prawdopodobieństw tych dwóch przypadków:\[P(B) = P(\text{dwie reszki}) + P(\text{trzy reszki}) = \frac{27}{64} + \frac{27}{64} = \frac{54}{64} = \frac{27}{32}\]
Zadanie 5 (5 pkt)
Symetryczna sześcienna kostka ma trzy ścianki w kolorze czerwonym, dwie – w kolorze niebieskim i jedną – w kolorze żółtym. Rzucamy trzy razy tą kostką. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzeń:
$A$ – co najmniej raz wypadła ścianka w kolorze żółtym,
$B$ – we wszystkich rzutach wypadły ścianki w takim samym kolorze,
$C$ – w każdym rzucie wypadł inny kolor ścianki od pozostałych.
$P(A) = \frac{91}{216}$, $P(B) = \frac{1}{6}$, $P(C) = \frac{1}{6}$.
Oznaczmy zdarzenia w pojedynczym rzucie: $C$ – wypadła ścianka czerwona, $N$ – wypadła ścianka niebieska, $Z$ – wypadła ścianka żółta.
Kostka ma 6 ścianek, w tym 3 czerwone, 2 niebieskie i 1 żółtą. Prawdopodobieństwa dla pojedynczego rzutu wynoszą:\[P(C) = \frac{3}{6} = \frac{1}{2}\]\[P(N) = \frac{2}{6} = \frac{1}{3}\]\[P(Z) = \frac{1}{6}\]Doświadczenie polega na trzykrotnym rzucie kostką. Rzuty są niezależne.
Obliczenie prawdopodobieństwa zdarzenia A
Zdarzenie $A$ polega na tym, że co najmniej raz wypadła ścianka żółta. Obliczymy prawdopodobieństwo zdarzenia przeciwnego $A'$, że ani razu nie wypadła ścianka żółta.
Prawdopodobieństwo, że w jednym rzucie nie wypadnie ścianka żółta, jest równe $P(Z') = 1 - P(Z) = 1 - \frac{1}{6} = \frac{5}{6}$.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $A'$ wynosi:\[P(A') = \left(\frac{5}{6}\right)^3 = \frac{125}{216}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $A$ wynosi:\[P(A) = 1 - P(A') = 1 - \frac{125}{216} = \frac{91}{216}\]Obliczenie prawdopodobieństwa zdarzenia B
Zdarzenie $B$ polega na tym, że we wszystkich rzutach wypadły ścianki w tym samym kolorze. Oznacza to trzy czerwone ($CCC$) lub trzy niebieskie ($NNN$) lub trzy żółte ($ZZZ$).\[P(CCC) = (P(C))^3 = \left(\frac{1}{2}\right)^3 = \frac{1}{8}\]\[P(NNN) = (P(N))^3 = \left(\frac{1}{3}\right)^3 = \frac{1}{27}\]\[P(ZZZ) = (P(Z))^3 = \left(\frac{1}{6}\right)^3 = \frac{1}{216}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ jest sumą tych prawdopodobieństw:\[P(B) = P(CCC) + P(NNN) + P(ZZZ) = \frac{1}{8} + \frac{1}{27} + \frac{1}{216} = \frac{27}{216} + \frac{8}{216} + \frac{1}{216} = \frac{36}{216} = \frac{1}{6}\]Obliczenie prawdopodobieństwa zdarzenia C
Zdarzenie $C$ polega na tym, że w każdym rzucie wypadł inny kolor. Oznacza to, że w trzech rzutach muszą wypaść kolory: czerwony, niebieski i żółty w dowolnej kolejności. Jest $3! = 6$ takich permutacji.
Prawdopodobieństwo każdej konkretnej sekwencji (np. $CNZ$) jest takie samo:\[P(C) \cdot P(N) \cdot P(Z) = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{6} = \frac{1}{36}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $C$ wynosi:\[P(C) = 6 \cdot \frac{1}{36} = \frac{6}{36} = \frac{1}{6}\]
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Karol trenuje piłkę nożną. Strzela gola z rzutu karnego średnio 3 razy na 5 prób. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzenia $C$ – Karol, wykonując cztery rzuty karne, strzeli co najmniej 3 gole.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $C$ wynosi $\frac{297}{625}$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Strzelec A trafia do tarczy z prawdopodobieństwem równym $\frac{1}{3}$, a strzelec B – z prawdopodobieństwem równym $\frac{5}{6}$. Obaj strzelcy oddają po jednym strzale do tej samej tarczy. Oblicz prawdopodobieństwo, że tarcza została trafiona co najmniej jeden raz.
Prawdopodobieństwo, że tarcza została trafiona co najmniej jeden raz, wynosi $\frac{8}{9}$.
Zadanie 3 (3 pkt)
W piórniku jest $8$ długopisów niebieskich, $4$ czarne i $2$ czerwone. Wyciągamy losowo kolejno bez zwracania dwa długopisy. Oblicz prawdopodobieństwo, że oba wylosowane długopisy są w tym samym kolorze.
Prawdopodobieństwo, że oba wylosowane długopisy są w tym samym kolorze, wynosi $\frac{5}{13}$.
Zadanie 4 (4 pkt)
W pojedynczym rzucie niesymetryczną monetą prawdopodobieństwo otrzymania orła jest równe $\frac{2}{5}$, a reszki jest równe $\frac{3}{5}$. Rzucamy trzy razy tą monetą. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzeń:
$A$ — wypadły same reszki,
$B$ — orzeł wypadł co najmniej jeden raz.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $A$ wynosi $P(A) = \frac{27}{125}$.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ wynosi $P(B) = \frac{98}{125}$.
Zadanie 5 (5 pkt)
Symetryczna ośmiościenna kostka ma cztery ścianki w kolorze zielonym, trzy – w kolorze czerwonym i jedną – w kolorze niebieskim. Rzucamy trzy razy tą kostką. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzeń:
$A$ – co najmniej raz wypadła ścianka w kolorze niebieskim,
$B$ – we wszystkich rzutach wypadły ścianki w takim samym kolorze,
$C$ – w każdym rzucie wypadł inny kolor ścianki od pozostałych.
$P(A) = \frac{169}{512}$, $P(B) = \frac{23}{128}$, $P(C) = \frac{9}{64}$.
