趣味的數學-39【概率論-拋擲骰子】
1】隨機拋擲3個均勻的骰子,出現奇數個數的“6”的概率是多大?
2】隨機拋擲n個均勻的骰子,出現奇數個數的“6”的概率又是多大?
【轉引並改編自Edward J. Barbeau等編著的“Five hundred Mathematical Challenges”第470題。】
【如果n趨向無窮大,“偶數次數的6”出現的概率卻並非趨向1/2】
確切地說,“偶數次數的6”出現的概率最終還是要趨向1/2,但是不像“奇數次數的6”出現的概率趨向1/2那麼快:因為有“不出現6”的那個因素在起作用。
隨着骰子的個數增多(即n趨向無窮大),顯然出現“6”的現象會越來越多,就是說,不出現“6”的比例會減少。
【對。我只想到“二項分布”時的“奇數次數6”和“偶數次數6”前面的係數有時是一樣的,但是沒有考慮到(1/6)與(5/6)的方冪還不是一樣的。】
--- 跟您一樣。我也總是將“二項分布”與“二項式係數”搞混。二項式係數的分布是左右對稱的。但除p=0.5之外,二項分布是一種偏態分布。即不是對稱的。
【但是,如果n趨向無窮大,“偶數次數的6”出現的概率卻並非趨向1/2:因為有個C(n,0)的情況:即不出現“6”的情況。這種情況占的比例不少,此時的概率是(5/6)的n次冪。】
--- 明白了,原來,“一個6也不出現”=“出現了零個6”=“出現了偶數個6.”容我再想想。謝謝
【不是。實際結果你可以看到,如果n趨向無窮大,這個“奇數次數6”的概率確實像你前面所說的,趨向1/2。】
--- 你是對的。我突然想起了“伯努利二項分布”這回事兒。二項分布係數,總是中間占優。當偶數時,兩個中間值占優並相等。不過這個連習題還是蠻有意思的。
但是,如果n趨向無窮大,“偶數次數的6”出現的概率卻並非趨向1/2:因為有個C(n,0)的情況:即不出現“6”的情況。這種情況占的比例不少,此時的概率是(5/6)的n次冪。
【你我的說法似乎都有些問題。】
對。我只想到“二項分布”時的“奇數次數6”和“偶數次數6”前面的係數有時是一樣的,但是沒有考慮到(1/6)與(5/6)的方冪還不是一樣的。
現在的問題,就是要利用一些技巧,除去“偶數次數6”出現的概率
【因為隨着n增大,出現一個6的概率會越來越占優(more dominated)】
不是。實際結果你可以看到,如果n趨向無窮大,這個“奇數次數6”的概率確實像你前面所說的,趨向1/2。
但是,現在n不是趨向無窮大。
【當n充分大的時候,出現偶數個6的概率與出現奇數個6的概率應當相等。】
--- 顯然我的這個說法是大有問題的。因為隨着n增大,出現一個6的概率會越來越占優(more dominated), 基本上是贏者通吃。
考慮三個骰子擲出偶數個6的概率,也就是擲出兩個6的概率:
p=(5x1x1+1x5x1+1x1x5)/(6x6x6) = 0.0694
遠遠小於奇數個6的概率(0.352)。所以,你我的說法似乎都有些問題。顯然我的這個近似算法,也只有當n充分大時才有意義。
出現奇數次數的“6”的概率,與出現偶數次數的“6”的概率並不一定相同。
這是一個二項分布,與n有關。
當n是奇數時,這兩個概率確實相同:此時這個“二項分布”的項數是偶數,故“偶數次數的6”與“奇數次數的6”出現的概率各占一半。
但是,當n是偶數時,這個“二項分布”的項數是奇數,去除兩頭相等的項,還有一個中間項要考慮!
而且這裡沒有說n是一個足夠大的數。n可以是某一個正整數,但不是趨向於無窮大。
當n充分大的時候,出現偶數個6的概率與出現奇數個6的概率應當相等。這樣以來,計算就比較容易了。
Pn=(至少出現一個6的概率)/2
= (1- 一個6也不出現的概率)/2
= (1-5^n/6^n)/2
= (1- (5/6)^n)/2
例如,
n=3,Pn=0.21(誤差巨大)
n=10, Pn=0.419
n=100,Pn=0.49999
這表明,當n充分大時,一個6也不出現的概率接近於零。
難點在第2】部分。
[出現奇數個數的“6”]的意思,是指三個骰子出現一個6點和三個6點的情況嗎?若如此的話,那麼
P = 出現一個6點的概率 + 出現三個6點的概率
1 三個骰子擲出一個6點的概率 = 3X(第一個骰子是6,同時其餘兩個骰子都不是6的概率)
= 3x5x5/(6x6x6) = 0.347
2 三個骰子擲出三個6點的概率 = 1/(6X6X6) = 0.0046
所以,P=0.347+0.0046 = 0.352