Задание 5 проверяет умение работать со сложными событиями. В отличие от задания 4, где всё сводится к формуле P=nm (одно действие), здесь события комбинируются: бросают несколько кубиков, работают несколько механизмов, стрелок делает серию выстрелов, деталь проходит проверку.
Чтобы решить такую задачу, нужно разбить сложное событие на простые и связать их с помощью логических союзов «И» (умножение вероятностей) и «ИЛИ» (сложение вероятностей). Вся теория сводится к четырём формулам: сложение, умножение, полная вероятность, противоположное событие.
Несовместные, совместные, независимые
Две пары понятий, которые путают на экзамене чаще всего. Запомни разницу - от неё зависит выбор формулы.
Основные формулы
Следующие пять формул закрывают 95% задач пятого номера ЕГЭ.
Условная вероятность редко встречается в задании 5 напрямую, но это «строительный блок», без которого не понять формулу полной вероятности. Выражается она так:
P(B∣A)=P(A)P(A⋅B),P(A)=0
Для серии повторяющихся независимых испытаний (например, «стрелок делает n выстрелов, попадает с вероятностью p») работает отдельная формула.
Две схемы посложнее
Пять формул выше отвечают на вопрос «какова вероятность события». Иногда спрашивают обратное: событие уже произошло - какова вероятность, что сработала именно эта ветка? Ответ даёт формула Байеса, и никакой новой теории в ней нет: это определение условной вероятности, применённое к уже нарисованному дереву.
Вторая схема - выбор без возвращения. Из партии деталей, из группы людей, из коробки шаров берут несколько штук сразу или по одному, но обратно ничего не кладут. Испытания здесь зависимы: каждый вынутый предмет меняет состав того, что осталось, поэтому ни формула Бернулли, ни простое перемножение одинаковых вероятностей не работают.
Алгоритм решения
Примеры
Разберём восемь сюжетов задания 5: пять самых частых и три, которые встречаются реже, но регулярно.
Пример 1. Независимые события и «хотя бы один»
Помещение освещается тремя лампами. Вероятность перегорания каждой лампы в течение года равна 0,4. Лампы перегорают независимо друг от друга. Найди вероятность того, что в течение года хотя бы одна лампа не перегорит.
Решение:
Событие «хотя бы одна работает» наступит, если целы одна, две или все три лампы. Противоположное событие ровно одно: «перегорели все три» - его вероятность посчитать проще.
Лампы независимы, значит вероятность того, что перегорят все три сразу, равна произведению:
P(все 3 сгорят)=0,4⋅0,4⋅0,4=0,064
Переходим к искомой вероятности через единицу:
P(хотябы 1 работает)=1−0,064=0,936
Ответ:0,936
Пример 2. Совместные события
В торговом центре два одинаковых банкомата. Вероятность того, что к концу дня в первом банкомате закончатся деньги, равна 0,25. Вероятность того, что деньги закончатся во втором банкомате, такая же. Вероятность того, что деньги закончатся в обоих банкоматах, равна 0,15. Найди вероятность того, что к концу дня деньги останутся в обоих банкоматах.
Определяем тип событий
События A («деньги закончились в первом») и B («деньги закончились во втором») - совместные (могут произойти одновременно) и к тому же зависимые: если один опустел, люди идут ко второму и опустошают его быстрее. Напрямую перемножать 0,25⋅0,25 нельзя.
Применяем формулу сложения для совместных событий
Найдём вероятность события «деньги закончились хотя бы в одном банкомате» - это P(A+B):
P(A+B)=P(A)+P(B)−P(A⋅B)=0,25+0,25−0,15=0,35
Переходим к противоположному событию
Искомое событие «деньги остались в обоих» - это противоположное к тому, что мы только что нашли: хотя бы один опустел.
P(обасденьгами)=1−P(A+B)=1−0,35=0,65
Ответ:0,65
Пример 3. Формула полной вероятности (контроль качества)
Автоматическая линия производит смартфоны. Вероятность того, что готовый смартфон бракованный, равна 0,05. Перед упаковкой каждый смартфон проходит проверку. Вероятность того, что система контроля забракует бракованный смартфон, равна 0,96. Вероятность того, что система по ошибке забракует исправный смартфон, равна 0,02. Найди вероятность того, что случайно взятый смартфон будет забракован системой контроля.
Выделяем сценарии
Смартфон может оказаться забракованным по двум непересекающимся сценариям:
Сценарий 1: Смартфон бракованный И система верно его забраковала.
Сценарий 2: Смартфон исправный И система ошибочно его забраковала.
Вероятность того, что смартфон исправный: 1−0,05=0,95.
Считаем вероятности сценариев
Вероятность Сценария 1 (правило умножения):
P1=0,05⋅0,96=0,048
Вероятность Сценария 2:
P2=0,95⋅0,02=0,019
Складываем по формуле полной вероятности
Сценарии несовместны - значит, полная вероятность - их сумма:
P(забракован)=0,048+0,019=0,067
Ответ:0,067
Пример 4. Несовместные события на числовой оси
На метеостанции измеряют температуру воздуха. Известно, что вероятность того, что температура окажется ниже +22∘C, равна 0,9. Вероятность того, что температура окажется выше +15∘C, равна 0,85. Найди вероятность того, что температура окажется больше +15∘C, но меньше +22∘C.
Разбиваем ось на участки
Разобьём числовую ось на три непересекающихся участка: «ниже 15», «от 15 до 22» и «от 22 и выше». Сумма их вероятностей равна 1.
Находим вероятность крайнего участка
Участок «+22∘C и выше» - это противоположное к «ниже +22∘C»:
P(⩾22)=1−0,9=0,1
Составляем уравнение и решаем
Условие «выше +15∘C» объединяет два непересекающихся участка: искомый (от 15 до 22, обозначим его x) и «от 22 и выше» (0,1). Они несовместны - складываем:
0,85=x+0,1
Выражаем x:
x=0,85−0,1=0,75
Ответ:0,75
Пример 5. Формула Бернулли
Биатлонист делает 5 независимых выстрелов по мишеням. Вероятность попадания при каждом выстреле равна 0,8. Найди вероятность того, что он попадёт ровно 4 раза.
Узнаём формулу Бернулли
В задаче серия из одинаковых независимых испытаний - это формула Бернулли с n=5, k=4, p=0,8.
Считаем число сочетаний
Посчитаем число сочетаний - сколькими способами можно выбрать, какие именно 4 выстрела из 5 окажутся успешными:
C54=4!⋅1!5!=5
Подставляем и вычисляем
Подставим в формулу:
P5(4)=C54⋅0,84⋅0,21=5⋅0,4096⋅0,2
Перемножаем:
P5(4)=5⋅0,08192=0,4096
Ответ:0,4096
Пример 6. Формула Байеса: тест дал положительный результат
Заболевание встречается у 4% посетителей поликлиники. Экспресс-тест даёт положительный результат у 90% больных и ошибочно срабатывает у 2,5% здоровых. У пациента тест оказался положительным. Найди вероятность того, что пациент действительно болен.
Выписываем гипотезы
H1 - пациент болен, P(H1)=0,04; H2 - пациент здоров, P(H2)=1−0,04=0,96. Событие A - тест дал положительный результат. Из условия P(A∣H1)=0,9 и P(A∣H2)=0,025.
Считаем полную вероятность положительного результата
P(A)=0,04⋅0,9+0,96⋅0,025=0,036+0,024=0,06
На тысячу пациентов тест срабатывает у 60 человек: у 36 больных и у 24 здоровых.
Берём нужную ветку и делим
P(H1∣A)=P(A)P(H1)⋅P(A∣H1)=0,060,036=0,6
Тест «срабатывает у 90% больных», а верным его срабатывание оказывается лишь в 60% случаев: здоровых просто в 24 раза больше, и их редкие ошибочные результаты сравнимы по числу с настоящими. Будь заболевание вчетверо реже (у 1% пациентов), вероятность упала бы примерно до 0,27.
Ответ:0,6
Пример 7. Выбор без возвращения
В ящике 10 деталей, четыре из них бракованные. Контролёр наугад берёт 3 детали. Найди вероятность того, что ровно две из них окажутся бракованными.
Считаем, сколько всего наборов
Порядок, в котором детали оказались в руке, роли не играет, поэтому считаем сочетаниями:
C103=1⋅2⋅310⋅9⋅8=120
Считаем подходящие наборы
Две бракованные выбираем из четырёх, одну исправную - из шести оставшихся:
C42⋅C61=6⋅6=36
Делим
P=12036=0,3
Проверяем цепочкой
Пусть детали берут по одной. Вероятность порядка «брак - брак - исправная» равна
104⋅93⋅86=0,1
Исправная деталь может оказаться на любом из трёх мест, а вероятность каждого такого порядка одна и та же, поэтому P=3⋅0,1=0,3 - ответ совпал.
Ответ:0,3
Пример 8. Первый синий шар появится третьим
В коробке лежат 3 синих и 3 жёлтых шара. Шары вынимают по одному наугад и обратно не возвращают. Найди вероятность того, что первый синий шар будет вынут третьим по счёту.
Переводим условие в цепочку
«Первый синий - третий по счёту» означает ровно одно: первый шар жёлтый И второй жёлтый И третий синий. Что произойдёт дальше, на событие не влияет.
Считаем вероятность каждого шага
Шаров 6, жёлтых среди них 3:
P1=63=0,5
После первого извлечения осталось 5 шаров, жёлтых 2:
P2=52=0,4
Осталось 4 шара, и все три синих на месте:
P3=43=0,75
Перемножаем
P=0,5⋅0,4⋅0,75=0,15
Если бы шар каждый раз возвращали в коробку, извлечения стали бы независимыми и вероятность равнялась бы 0,52⋅0,5=0,125. Разница невелика, но схемы разные, и путать их нельзя.
Ответ:0,15
Частые ошибки
Что запомнить
Видишь «И» (и первое, и второе одновременно) ⟹УМНОЖАЙ (если события независимы).
Видишь «ИЛИ» (подходит любой из вариантов) ⟹СКЛАДЫВАЙ (если события несовместны; иначе вычитай пересечение).
Видишь «ХОТЯ БЫ ОДИН»⟹ вычитай из единицы вероятность «НИ ОДНОГО».
Видишь «деталь поступает с одного из нескольких заводов» или «тест может ошибаться» ⟹ применяй формулу полной вероятности и рисуй дерево сценариев.
Видишь «ровно k раз из n» в серии одинаковых выстрелов/бросков ⟹ формула Бернулли с Cnk.
Видишь «исход известен, спрашивают про причину» («тест положительный - какова вероятность болезни») ⟹ формула Байеса: нужная ветка, делённая на полную вероятность.
Видишь «берут несколько штук и не возвращают» ⟹ сочетания CNnCKk⋅CN−Kn−k или цепочка условных вероятностей с убывающими знаменателями.
Проверяй ответ на адекватность: он должен быть в [0;1] и обычно представлять собой аккуратную десятичную дробь (0,83, 0,4096).
Стратегия на экзамене
Проверь себя
События A и B несовместны, P(A)=0,3, P(B)=0,45. Чему равна P(A+B)?
Два независимых датчика срабатывают с вероятностями 0,9 и 0,8. Какова вероятность, что сработают оба?
Вероятность перегорания каждой из двух независимых ламп равна 0,3. Какова вероятность, что хотя бы одна лампа не перегорит?
Несовместные события с ненулевыми вероятностями — какие они?