《2015秋华师大版数学九上26.2《模拟实验》word练习题3 .doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015秋华师大版数学九上26.2《模拟实验》word练习题3 .doc（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、九年级上第26章第2节模拟实验知识拓展我们是不是该相信小概率事件？一、什么是小概率事件？小概率事件，字面意义就是发生的可能性极小的事件。比如，北京地区出现日全食；山西洪洞发生里氏5级地震，新疆吐鲁番地区下了一场暴雨，小行星撞地球等等。以上这些是发生在自然界的小概率事件，发生在人类社会的小概率事件诸如上证指数突破2000点，某特定国家通过允许同性恋的法律，某两个国家统一等等。至于发生在日常生活中的小概率事件，也是不胜枚举，如某个特定的人中了彩票头奖，某日某地有人跳楼自杀，等等。小概率事件是要和不可能事件，也即无概率事件区别开的。所谓不可能事件，就是指完全不可能发生、概率为零的事件。不可能事件可以
2、分为三类。第一类，如某人某时刻既在甲地又在乙地，世界上既有能刺穿一切盾的矛又有能抵挡一切矛的盾等等，属于自相矛盾的事件，违反了逻辑，也就绝对不可能发生。这类不可能事件显然没有研究意义。第二类，如日本没有进行南京大屠杀、诸葛亮的隐居地在河南南阳而不是湖北襄阳等等，是对于历史上确凿发生过的事件的否定，也即对必然事件的否定，其概率自然为零。但是这种不可能事件在统计学上也没有研究意义，因为统计学更多地是关注在一定条件下可以重现的事件以及一般性的事件，而不是永远无法重现的个别事件。不可能事件的第三类，如永动机、常温常压下纯冰在零摄氏度以下自发融化、地球接收到三秒钟前太阳发射的光线等等，违反了最基本的自然
3、规律，也是对必然事件的否定，因而发生的概率也为零。永动机违反了热力学定律；常温常压下纯冰在零摄氏度以下融化违反了冰的相图，实质也是违反了热力学第二定律；地球接收到三秒钟前太阳发射的光线则违反了相对论“真空光速不变”的原理。不过，某些这一类的不可能事件的判定不是很简单的，后文还要提及。二、基本的概率计算方法小概率事件彼此也可以相差很大的。例如，同样是发生里氏5级以上地震，在日本和在山西洪洞的概率就明显不同。日本几乎每年都会发生至少一次里氏5级以上地震，而山西洪洞发生里氏5级以上地震的概率大约是200年300年一遇（同一地震序列中的几次5级以上地震按一次计算）。又如同样是干旱地区，吐鲁番和南美洲智
4、利阿塔卡马沙漠的暴雨概率也大为不同。1958年8月14日，吐鲁番突降36.0毫米的暴雨，引发山洪泛滥；这种暴雨在有记录以来的阿塔卡马沙漠地区还从未出现相反，阿塔卡马沙漠曾创造了1845-1936年间整整91年没有降水的纪录。要对小概率事件发生的可能性有正确的认识，就必须估计出小概率事件的概率。概率计算的最基本方法，是先估计出与该事件互不相容（即永远不可能同时发生）的所有事件的数目，则该事件包括的所有情况的数目与所有这些互不相容事件的数目之比，就是该事件的概率。最直观的例子是掷骰子。骰子共有六面，掷一次骰子得到某一点值就有六种可能，而且是互不相容的。因此，全部互不相容事件的数目是6。假如我们要算
5、掷一次得到1点的概率，这个事件只有一种可能，所以其概率为1/6。假如我们要算掷一次得到点数为3的倍数的概率，因为这个事件包含两种情况（3点和6点），所以其概率为2/6=1/3.这种基本方法有两个局限：第一，它所计算的事件如果要发生，只能发生一次；第二，它所计算的事件是瞬间决定的，而不是一个连续的过程。但是这两个局限并不难突破。对于多次发生的事件，可以应用独立事件的积的办法计算某一事件的概率。所谓独立事件，是指两件或两件以上事件彼此之间互不干扰，一件事发生与否对另一件事的概率没有影响。如两次彩票的头奖号码，因为抽奖过程是完全独立的，因此第二次彩票的头奖号码有可能和第一次相同，而不会有意避开。显然
6、，在考虑几次事件联合发生的概率时，总的互不相容事件的数目是每一独立事件的互不相容事件数目的乘积。如掷两个骰子，第一个骰子有6种可能，第二个骰子也有6种可能，总可能性就是6636种。因此，总概率也就是每一独立事件发生的概率之积。例如掷两个骰子出现两个6点，每个骰子出现6点的概率是1/6，总概率就是(1/6)(1/6)1/36。如果事件发生的次数再多，应用简单的四则计算就会感到计算量庞大而难以算出结果。而对于连续性发生的事件，也不能用硬性分割的办法把它简化为瞬间发生的多次独立事件。幸而高等数学已经解决了这个问题。极限概念的引进为解决复杂的概率计算提供了理论基础，微积分就是极限概念的应用。应用微积分
7、来计算概率，也就成为统计学的基础。三、小概率事件的估计方法不同的小概率事件，有不同的各具特色的概率估计方法，概率值的表达形式也不相同，但都体现了上述基本的计算方法。例如，对地震、旱灾、洪水之类自然灾害的概率，我们常常用“年一遇”这种表达形式。仍以洪洞地区地震为例。自有史料记载以来，1303年9月25日在城关镇-赵城镇（当时为洪洞县和赵城县）发生了大地震，据史籍文献里的烈度推算，震级为里氏8级；1695年5月18日，在洪洞南部的临汾发生八级大地震，强烈波及洪洞地区。如果再算上一些震级较小的破坏性地震，洪洞地区5级以上破坏性地震的概率大约是两三百年一遇。需要说明的是，这种通过史籍的记载来进行自然灾
8、害的统计和概率估计的方法是中国特色的，因为只有中国保留下来了如此众多而完备的各种史籍。对于缺乏史籍的国家和地区，对自然灾害的统计和概率估计，只能通过自然调查的方法。又如对外星人来访的概率估计。首先是分析事件发生的原因。外星人来访有两个前提条件，一是生命能够存在，二是生命能够进化到智慧生命并且发展到宇航时代。影响这两个前提条件的必备因素是很多的，首先必须要求恒星是稳定的主序星，温度不能过热，而且是单一存在，不是双星或多星系统；其次，行星大小适中，有足够的水和大气，与恒星的距离适中，轨道偏心率不能太大；再次，有足够的时间供生命演变，也即宇宙环境要稳定，在行星系统30光年内的所有恒星都必须保证在这一
9、时间段内不发生灾变。如果对每一个原因都利用现有的天文观测资料进行慎重的估计，文明世界在银河系内发生的可能性只有不到10(-6)，换句话说，银河系的四千亿颗恒星里，可能存在宇航时代文明世界的恒星不到四十万个，即文明世界的平均半径达70光年。这一计算方法首先由SETI工程的先驱者、美国天文学家弗兰克德雷克(Frank Drake)提出，德雷克因此建立了一个计算概率的公式，称为德雷克公式。德雷克公式清晰地告诉我们，即使按最保守的估计，外星人来访的可能性也不会比你猜中一个随机生成的六位数更大。同样，对于社会和日常生活中的小概率事件的统计和概率估计，也有自己独特的方法。但总不外乎原因分析、建模和调查这几
10、种基本方法。统计学发展到今天，已经是一门严谨精密的科学，在自然科学和社会科学的研究中得到了越来越多的应用。例如统计热力学，就是统计学方法和物理学的完美结合。社会科学的研究更离不开统计学，因为社会发展的规律本身就是以统计性为其特征的。因此，掌握统计学的基本原理，已是对从事各种研究的学者的最起码要求。四、有意义和无意义的小概率事件以上对小概率事件及其概率估算方法做了简单的分析。分析结果是需要应用于实践的。对小概率事件估算出来的概率值，可以科学地决定我们的决策。这时我们就需要判定，哪些小概率事件是有意义的，哪些小概率事件是无意义的。因此，判断小概率事件是否有意义，就是判断它对于我们的实践是否有影响。
11、这体现了对小概率事件的意义判断的“实用性”。首先，概率本身的大小是一个重要的判定依据。如果一个小概率事件的概率太小，比如，低于10(-5)量级，那么在绝大多数情况下，它对于实践的影响可以忽略，也就因此是没有意义的。比如月亮从天上掉下来，严格地说，这也是小概率事件，因为既然地球对月亮有吸引力，它从天上掉下来是理论成立的。那么这种事件发生的概率是多少呢？同样先要找原因。月球掉下来的最可能原因不外乎三种：一，有小行星撞过来，改变了它的运行轨道；二，外星人所为；三，地球人自己所为。前两种的概率都不到10(-7)，而第三种，在最近几十年内，概率趋近于零。三种原因合起来考虑，这一事件发生的概率至多是210
12、(-7)，尽管不是零，但却足以被认定是无意义的。因此，不会有任何一个国家准备足够的核弹头，以备万一月球下坠时发射、以改变其运行轨迹、使之飞离地球或回到原轨道之用。其次，实践的精度也是一个重要的判定依据。如果做一件事不需要太多的考虑，也就是说，不需要太高的精度，那么凡是低于这个精度的不确定性都可以不在考虑之列，也就因此是无意义的。比如计算月球轨道，如果只是为了定农历的初一，那么至多考虑地球引力、太阳引力、岁差等三四项就可以了；如果要精确计算的话，大行星的摄动之类也必须考虑进去。二十世纪初，英国天文学家E.W.布朗(E.W. Brown)在精密的观测和天体力学理论的基础上，建立了新的月球运动理论，
13、并以毕生精力投入到月球轨道计算中去。他所考虑的影响月球轨道的因素，就有几百项之多。这对于尖端的天文学应用（例如后来的人造卫星发射和控制）当然是十分有意义的，但对于编制农历，考虑这么多的因素就无意义了。再次，考虑小概率事件的发生时，需要注意到它的发生频率不均性。小概率事件的发生概率只能是在一定范围内平均而言，但分布可以是不均的。例如我们常常说我国是多地震国家，但地震在时间和空间上都分布不均。比如，我们不能要求地震很少的江西省盲目加大抗震基础设施建设，那样是对资金的浪费，自然是无意义的。国家颁布的中国地震烈度区划图就是根据不同地区不同的地震发生频率制订的，有效地避免了抗震措施的盲目采取和资金的浪费
14、。又如，1976年7月28日唐山地震后，围绕如何重建唐山展开了争论。如果按唐山地震的最大烈度XI度设防，则需要的建设资金过高，新唐山难以重建。因此，在地震学者的详细勘察之后，认定五十至一百年内，唐山地区不会再发生5.0级以上地震。于是把唐山地区的烈度区划定为VIII度区。这时候，1976年的唐山地震最大烈度高达XI度这一小概率事件对于今年五十至一百年这个时间区段内的城市抗震建设就是无意义的了。划分小概率事件的有意义和无意义，可以使我们科学地对各种可能影响实践的因素进行取舍，从而使我们的决策具有最大的合理性。这也是运筹学的基本思想。五、小概率事件和不可能事件的分辨小概率事件以其概率小，有时是容易
15、和不可能事件混淆的。如何区分小概率事件和不可能事件，不是一件简单的事情。首先，确实得承认某些情况下的区别是一个历史范畴，也就是说，随着科学技术的进步，某些被判定是不可能的事件可能成为小概率事件，而某些被判定是小概率的事件可能成为不可能事件。但是，这种分辨标准的变化只是个别标准的变化，而不是全部标准的变化。科学技术的发展是对宇宙客观规律的不断深入认识，是一个趋近绝对真实的过程，这就好比岩石在海中沉积，不断会有新的岩层生成，而老的岩层并未消失，而是成为新岩层的基础和支撑。承认个别判定标准的变化，决不是为了推而广之，认为整个科学体系的判定标准都有问题。比如，惰性气体在发现之后的半个多世纪内，一直认为
16、绝对不能与其他元素化合。但1962年，加拿大化学家巴特列(N. Bartlett)率先合成了第一种惰性气体的化合物六氟络铂酸氙，开创了惰性气体化学这一崭新的无机化学分支，也使人们不得不把惰性气体改称为“稀有气体”，以图名正言顺。但是，在常温常压的大部分情况下稀有气体是无法和其他物质反应的，氦、氖、氩三种稀有气体至今没有拿到化合物，说明稀有气体的化学反应只是小概率事件。这是不可能事件转变为小概率事件之一例。又如，1898年，英国物理学家凯尔文(W.T. Kelvin)曾忧心忡忡地认为，随着工业文明的不断发展和人类数目的不断增多，地球上的氧气在500年之内就会耗光，人类就会灭亡。事实上，早在1772年，英国化学家普利斯特里(J. Priestley）就发现了光合作用，以后的科学家陆续发现，光合作用消耗二氧化碳，制造氧气，恰恰和呼吸作用相反。生态学的发展使人们确立了碳循环、氧循环的概念，知道在尊重自然规律的前提下，人类的
