28.5 Prawdopodobieństwo klasyczne
Kartkówka 2
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
W klasie liczącej $30$ uczniów, $12$ osób uczęszcza na kółko historyczne, a $10$ na kółko biologiczne. Wiadomo, że $11$ uczniów nie bierze udziału w żadnym z tych zajęć. Oblicz prawdopodobieństwo, że losowo wybrany uczeń z tej klasy:
a) uczęszcza na kółko historyczne lub biologiczne,
b) uczęszcza na zajęcia tylko jednego z tych kółek.
a) $\frac{19}{30}$
b) $\frac{8}{15}$
Oznaczmy:
$H$ – zbiór uczniów uczęszczających na kółko historyczne,
$B$ – zbiór uczniów uczęszczających na kółko biologiczne,
$\Omega$ – zbiór wszystkich uczniów klasy.
Z treści zadania wiemy, że:
Liczba wszystkich uczniów: $|\Omega| = 30$.
Liczba uczniów na kółku historycznym: $|H| = 12$.
Liczba uczniów na kółku biologicznym: $|B| = 10$.
Liczba uczniów, którzy nie uczęszczają na żadne z tych kół: $11$.
Liczba uczniów uczęszczających na co najmniej jedno kółko ($H \cup B$) jest równa liczbie wszystkich uczniów pomniejszonej o liczbę uczniów, którzy nie chodzą na żadne kółko:\[|H \cup B| = |\Omega| - 11 = 30 - 11 = 19\]a) Obliczamy prawdopodobieństwo, że losowo wybrany uczeń chodzi na zajęcia kółka historycznego lub biologicznego. Jest to prawdopodobieństwo zdarzenia $A = H \cup B$.\[P(A) = \frac{|H \cup B|}{|\Omega|} = \frac{19}{30}\]b) Obliczamy prawdopodobieństwo, że losowo wybrany uczeń chodzi na zajęcia tylko jednego z tych kółek. Najpierw musimy obliczyć, ilu uczniów chodzi na oba kółka jednocześnie ($H \cap B$). Korzystamy ze wzoru na liczbę elementów sumy zbiorów:\[|H \cup B| = |H| + |B| - |H \cap B|\]Podstawiamy znane wartości:\[19 = 12 + 10 - |H \cap B|\]\[19 = 22 - |H \cap B|\]\[|H \cap B| = 22 - 19 = 3\]Zatem $3$ uczniów uczęszcza na oba kółka.
Liczba uczniów chodzących tylko na jedno kółko to liczba uczniów chodzących na co najmniej jedno kółko minus liczba uczniów chodzących na oba kółka. Oznaczmy to zdarzenie jako $C$.\[|C| = |H \cup B| - |H \cap B| = 19 - 3 = 16\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $C$ wynosi:\[P(C) = \frac{|C|}{|\Omega|} = \frac{16}{30} = \frac{8}{15}\]
Zadanie 2 (2 pkt)
W grupie dziesięciorga przyjaciół są trzy dziewczyny i siedmiu chłopaków. Wybieramy losowo dwie osoby z tej grupy. Które zdarzenie jest bardziej prawdopodobne: wylosujemy co najmniej jedną dziewczynę, czy wylosujemy dwóch chłopaków?
Bardziej prawdopodobne jest wylosowanie co najmniej jednej dziewczyny. Prawdopodobieństwo tego zdarzenia wynosi $\frac{8}{15}$, a prawdopodobieństwo wylosowania dwóch chłopaków wynosi $\frac{7}{15}$.
W zadaniu mamy grupę $10$ osób, w której są $3$ dziewczyny i $7$ chłopaków. Losujemy $2$ osoby z tej grupy.
Najpierw obliczmy liczbę wszystkich możliwych sposobów wylosowania $2$ osób z $10$. Jest to moc naszej przestrzeni zdarzeń elementarnych $\Omega$.\[|\Omega| = \binom{10}{2} = \frac{10!}{2!(10-2)!} = \frac{10!}{2!8!} = \frac{9 \cdot 10}{2} = 45\]Teraz rozważmy dwa zdarzenia:
$A$ - wylosowanie co najmniej jednej dziewczyny.
$B$ - wylosowanie dwóch chłopaków.
Obliczmy prawdopodobieństwo zdarzenia $A$. Możemy to zrobić, korzystając ze zdarzenia przeciwnego, $A'$, które polega na niewylosowaniu ani jednej dziewczyny, czyli wylosowaniu dwóch chłopaków. Zauważmy, że $A' = B$.
Obliczmy moc zdarzenia $B$ (wylosowanie $2$ chłopaków z $7$):\[|B| = \binom{7}{2} = \frac{7!}{2!(7-2)!} = \frac{7!}{2!5!} = \frac{6 \cdot 7}{2} = 21\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ wynosi:\[P(B) = \frac{|B|}{|\Omega|} = \frac{21}{45} = \frac{7}{15}\]Ponieważ zdarzenie $A$ jest zdarzeniem przeciwnym do wylosowania samych chłopaków (czyli zdarzenia $B$), jego prawdopodobieństwo możemy obliczyć jako:\[P(A) = 1 - P(B) = 1 - \frac{7}{15} = \frac{8}{15}\]Porównajmy oba prawdopodobieństwa:\[P(A) = \frac{8}{15}\]\[P(B) = \frac{7}{15}\]Ponieważ $\frac{8}{15} > \frac{7}{15}$, zdarzenie $A$ jest bardziej prawdopodobne.
Zadanie 3 (3 pkt)
Na loterii znajduje się $15$ losów pustych i $6$ losów wygrywających. Wyciągamy losowo dwa losy. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzenia:
a) tylko jeden wybrany los jest wygrywający,
b) co najwyżej jeden los jest wygrywający.
a) $P(A) = \frac{3}{7}$
b) $P(B) = \frac{13}{14}$
Łączna liczba losów w loterii to $15 + 6 = 21$. Wyciągamy $2$ losy, więc moc zbioru wszystkich zdarzeń elementarnych $\Omega$ jest równa liczbie kombinacji $2$-elementowych ze zbioru $21$-elementowego.\[|\Omega| = \binom{21}{2} = \frac{21!}{2!(21-2)!} = \frac{20 \cdot 21}{2} = 210\]a) Zdarzenie $A$ - wylosowano dokładnie jeden los wygrywający. Oznacza to, że wylosowano jeden los wygrywający i jeden pusty.
Liczba sposobów wylosowania jednego losu wygrywającego spośród $6$ to $\binom{6}{1} = 6$.
Liczba sposobów wylosowania jednego losu pustego spośród $15$ to $\binom{15}{1} = 15$.
Moc zdarzenia $A$:\[|A| = \binom{6}{1} \cdot \binom{15}{1} = 6 \cdot 15 = 90\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $A$:\[P(A) = \frac{|A|}{|\Omega|} = \frac{90}{210} = \frac{3}{7}\]b) Zdarzenie $B$ - wylosowano co najwyżej jeden los wygrywający. Oznacza to, że wylosowano zero losów wygrywających lub jeden los wygrywający.
Najprościej jest obliczyć prawdopodobieństwo zdarzenia przeciwnego $B'$, polegającego na wylosowaniu dwóch losów wygrywających.
Moc zdarzenia $B'$:\[|B'| = \binom{6}{2} = \frac{6!}{2!4!} = \frac{5 \cdot 6}{2} = 15\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $B'$:\[P(B') = \frac{|B'|}{|\Omega|} = \frac{15}{210} = \frac{1}{14}\]Wtedy prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ wynosi:\[P(B) = 1 - P(B') = 1 - \frac{1}{14} = \frac{13}{14}\]
Zadanie 4 (4 pkt)
Ania ma $12$ książek historycznych, wśród nich książkę A i książkę B. Wszystkie książki postawiła losowo w jednym szeregu na półce. Ile jest równe prawdopodobieństwo zdarzenia:
a) między książkami A i B będą stały cztery książki,
b) książki A i B nie będą stały obok siebie?
a) Prawdopodobieństwo wynosi $\frac{7}{66}$.
b) Prawdopodobieństwo wynosi $\frac{5}{6}$.
Wszystkie książki można ustawić na $12!$ sposobów. Jest to liczba wszystkich zdarzeń elementarnych.
$|\Omega| = 12!$
a) Zdarzenie $A$ - między książkami A i B stoją dokładnie cztery inne książki.
Rozważmy układ książek A i B. Muszą one zająć pozycje oddalone o $5$ miejsc, np. $(1,6), (2,7), \dots, (7,12)$. Jest $12-4-1=7$ takich par pozycji. W każdej parze książki A i B możemy ustawić na $2$ sposoby (A...B lub B...A). Pozostałe $10$ książek możemy ustawić na pozostałych $10$ miejscach na $10!$ sposobów.
Liczba zdarzeń sprzyjających zdarzeniu $A$ wynosi:\[|A| = 7 \cdot 2 \cdot 10! = 14 \cdot 10!\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $A$ jest równe:\[P(A) = \frac{|A|}{|\Omega|} = \frac{14 \cdot 10!}{12!} = \frac{14}{12 \cdot 11} = \frac{14}{132} = \frac{7}{66}\]b) Zdarzenie $B$ - książki A i B nie będą stały obok siebie.
Obliczymy prawdopodobieństwo zdarzenia przeciwnego $B'$, czyli zdarzenia, że książki A i B stoją obok siebie.
Traktujemy książki A i B jako jeden blok. Ten blok i pozostałe $10$ książek możemy ustawić na $11!$ sposobów. Wewnątrz bloku książki A i B możemy ustawić na $2$ sposoby (AB lub BA).
Liczba zdarzeń sprzyjających zdarzeniu $B'$ wynosi:\[|B'| = 2 \cdot 11!\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $B'$ jest równe:\[P(B') = \frac{|B'|}{|\Omega|} = \frac{2 \cdot 11!}{12!} = \frac{2}{12} = \frac{1}{6}\]Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ jest równe:\[P(B) = 1 - P(B') = 1 - \frac{1}{6} = \frac{5}{6}\]
Zadanie 5 (3 pkt)
Dwanaście osób stoi losowo w kolejce do kina, wśród nich Ania i Bartek. Jakie jest prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ - między Anią i Bartkiem stoją cztery osoby?
Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ wynosi $\frac{7}{66}$.
Aby obliczyć prawdopodobieństwo, zastosujemy klasyczną definicję prawdopodobieństwa, analizując możliwe pozycje Ani i Bartka w kolejce.
Krok 1: Określenie przestrzeni zdarzeń elementarnych.
Skupiamy się na pozycjach, które mogą zająć Ania i Bartek. W kolejce jest $12$ miejsc. Liczba sposobów wyboru $2$ miejsc dla tych osób jest równa kombinacji $2$ elementów z $12$.
Liczba wszystkich zdarzeń elementarnych $|\Omega|$ wynosi:\[|\Omega| = \binom{12}{2} = \frac{12!}{2!(12-2)!} = \frac{12 \cdot 11}{2} = 66\]Krok 2: Określenie liczby zdarzeń sprzyjających.
Zdarzenie $B$ polega na tym, że między Anią i Bartkiem stoją dokładnie cztery osoby. Jeśli zajmują oni miejsca o numerach $i$ oraz $j$ (przyjmując $i < j$), to różnica między numerami ich miejsc musi wynosić $5$ (tj. $j - i = 5$).
Wypiszmy wszystkie pary miejsc $(i, j)$, które spełniają ten warunek:
- $(1, 6)$
- $(2, 7)$
- $(3, 8)$
- $(4, 9)$
- $(5, 10)$
- $(6, 11)$
- $(7, 12)$
Jest $7$ takich par. Zatem liczba zdarzeń sprzyjających $|B|$ wynosi $7$.
Krok 3: Obliczenie prawdopodobieństwa.
Prawdopodobieństwo zdarzenia $B$ obliczamy ze wzoru:\[P(B) = \frac{|B|}{|\Omega|}\]\[P(B) = \frac{7}{66}\]
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
W grupie $28$ studentów, $15$ osób należy do klubu szachowego, a $9$ do kółka teatralnego. Ośmiu studentów nie należy do żadnego z tych klubów. Oblicz prawdopodobieństwo, że losowo wybrany student z tej grupy:
a) należy do klubu szachowego lub kółka teatralnego,
b) należy do dokładnie jednego z tych klubów.
a) $\frac{5}{7}$
b) $\frac{4}{7}$
Zadanie 2 (2 pkt)
W grupie czworga przyjaciół jest jedna dziewczyna i trzech chłopaków. Wybieramy losowo dwie osoby z tej grupy. Które zdarzenie jest bardziej prawdopodobne: wylosujemy co najmniej jedną dziewczynę, czy wylosujemy dwóch chłopaków?
Oba zdarzenia są jednakowo prawdopodobne. Prawdopodobieństwo każdego z nich wynosi $\frac{1}{2}$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Na loterii znajduje się $25$ losów pustych i $10$ losów wygrywających. Wyciągamy losowo dwa losy. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzenia:
a) tylko jeden wybrany los jest wygrywający,
b) co najwyżej jeden los jest wygrywający.
a) $P(A) = \frac{50}{119}$
b) $P(B) = \frac{110}{119}$
Zadanie 4 (4 pkt)
Karol ma $8$ komiksów, wśród nich komiks A i komiks B. Wszystkie komiksy postawił losowo w jednym szeregu na półce. Ile jest równe prawdopodobieństwo zdarzenia:
a) między komiksami A i B będą stały dwa komiksy,
b) komiksy A i B nie będą stały obok siebie?
a) Prawdopodobieństwo wynosi $\frac{5}{28}$.
b) Prawdopodobieństwo wynosi $\frac{3}{4}$.
Zadanie 5 (3 pkt)
Piętnaście osób stoi losowo w kolejce na pocztę, wśród nich Celina i Damian. Jakie jest prawdopodobieństwo zdarzenia $C$ - między Celiną i Damianem stoją dwie osoby?
Prawdopodobieństwo zdarzenia $C$ wynosi $\frac{4}{35}$.
