מה שמעניין אותנו בהסתברות מותנית זה מה קורה כאשר אנו מתנים את ההסתברות במאורע.
יהי מרחב הסתברות ויהי מאורע כך ש-. נגדיר
מטילים קוביה הוגנת. אם ידוע שיצא מספר זוגי, מהי ההסתברות שיצא "4"?
בהטלה של 2 קוביות הוגנות, מה ההסתברות שהתוצאה השנייה תהיה 4 בהינתן שהתוצאה הראשונה היא 2?
זה לא אמור להשפיע, אך נרצה לוודא כי הנוסחה עדיין עובדת:
לפעמים דווקא ההסתברות המותנית היא קלה יותר להבנה ונראה זאת במקרה הבא:
(דוגמת הכד) בכד יש כדורים שחורים ו- כדורים לבנים. מוציאים מהכד כדורים בזה אחר זה ללא החזרה. מהי ההסתברות שהכדור השני לבן אם ידוע שהכדור הראשון לבן?
כשיש הרבה מאורעות כדאי לסמן אותם בשם שאנו נזהה את המאורע לפיו כי אחרת אנחנו נתבלבל.
נסמן: זה שחור בהוצאה ה- ו- הוא לבן בהוצאה ה-.
קל לדעת די בקלות את כך: . נשים לב כי כעת אנו יודעים כי:
יהי מרחב הסתברות ויהי מאורע כך ש-.
נסמן: . אזי, היא מידת הסתברות.
הוכחה:
נוכיח כי מתקיימות שלושת התכונות.
לכן, התכונה הראשונה מתקיימת.
ולכן התכונה השנייה מתקיימת.
נסמן ב- מספר סופי או אינסופי ואז:
ולכן התכונה השלישית מתקיימת ולפי הגדרה היא מידת הסתברות.
∎
זה כן נכון ש- אך צריך לשים כי:
יהי מרחב הסתברות ויהי מאורע כף ש-. אזי:
- מתקיים: .
- מתקיים: .
- יהי מאורע כך ש- אזי .
- אם שוות הסתברות על אז שוות הסתברות על .
הוכחה 2:
∎
הוכחה 3:
∎
הוכחה 4:
יהי .
נתון כי שוות הסתברות מעל ולכן:
ולכן, לפי הגדרה, שוות הסתברות מעל .
∎
נוסחאות מגניבות
הוכחה:
נובע מיידית מההגדרת
∎
יהיו מאורעות כך ש- אזי:
הוכחה: באינדוקציה על .
בסיס: עבור הוכחנו.
צעד: נניח שהטענה נכונה עבור מאורעות ונוכיח שהיא נכונה עבור מאורעות.
∎
תהי חלוקה של . (כלומר, ומתקיים )
יהי מאורע מאורע, אזי:
הוכחה:
∎
יש ניסוחים לנוסחת ההסתברות השלמה בה במקום הדרישה מופיעה הדרישה .
הוכיחו את ההערה, זה היה לפני 4 שנים במבחן!
נשים לב כי זה דבר מוזר מאוד שכן אנו מוציאים כדור ולא מחזירים אותו.
בשיעורי הבית נוכיח כי לכל מתקיים כי .
יהיו מאורעות כך ש- וגם . אזי:
רמז טוב לבייס זה משחקי עבר-עתיד.
הוכחת בייס:
∎
בבדיקת חוזק של עצם מסויים בוחרים קומה באקראי מבניין בעל קומות ומשליכים ממנה את החפץ.
ידוע שאם החפץ נזרק מהקומה ה- הוא ישבר בהסתברות כאשר .
א. מה הסיכוי שהחפץ ישבר?
ב. אם נשבר, מהי ההסתברות שנזרק מהקומה ה-? ואם לא נשבר?
פתרון א':
נגדיר מאורעות: - נבחרה הקומה ה- כאשר .
כשאומרים באקראי הכוונה היא שיש סיכוי שווה למאורעות ולכן .
נגדיר כמאורע בו החפץ ישבר בניסוי ואז, לפי הנתונים: כאשר .
הסיטואציה פה תלוייה ולכן נשתמש בנוסחת ההסתברות השלמה:
פתרון ב':
בעקרון, מה שהם שואלים אותנו זה . מה שאנחנו צריכים לחשוב עכשיו הוא שיש יותר סיכוי לקומות הגבוהות מאשר לקומות הנמוכות. אם היינו שואלים בהינתן שהוא לא נשבר אז הסיכוי שזרקו מהקומה העשירית הוא שכן הסיכוי שהוא נשבר מהקומה העשירית הוא . לכן, אנחנו מצפים שהתוצאה תהיה יותר מ-. הנרמול בעצם פה הוא רק בעזרת החישוב.
אם הוא לא נשבר אז זה בדיוק . אנחנו כמובן לא עושים משלים כי אנחנו לא יכולים, זו הייתה בדיוק ההערה ממקודם. נחשב זאת באותו האופן:
אי תלות
בעיקרון היינו רוצים להגדיר מאורעות בלתי תלויים כך שאם אנחנו עושים אז היינו רוצים ש- כלל לא ישפיע. ההגדרה ההיא מעצבנת אותנו גם כי היא כלל לא סימטרית כלפי ו-. היינו רוצים להגדיר: .
יהי מרחב הסתברות ויהיו מאורעות.
נאמר ש- הם מאורעות בלתי תלויים אם:
אף פעם לא יצפו מאיתנו להבין מהסיפור האם מאורעות הינם בלתי תלויים.
או שיגידו לנו במפורש או שיבקשו מאיתנו להוכיח במפורש.
אנחנו תמיד מניחים שהמאורעות תלויים אלא אם נאמר אחרת.
יכול להיות ששני מאורעות יהיו בלתי תלויים עבור מידת הסתברות מסויימת אך יהיו תלויים עבור מידת הסתברות אחרת .
בהטלת קוביה הוגנות פעמיים נגדיר: המאורע בו יוצא בהטלה הראשונה ו- המאורע בו יצא בהטלה השנייה.
נראה כעת כי בלתי תלויים.
לכן, לפי הגדרה הם בלתי תלויים.
- אם אז ו- ב"ת בכל . (באופן דומה, גם אם הוא ב"ת בכל )
- נתונים מאורעות כך ש-. אם זרים ו- תלויים.
הוכחה (הערה 1):
מכיוון ש- אזי, לפי משפט: ואז:
לכן, לפי הגדרה, ב"ת ב-.
∎
אבי משתתף בשתי הגרלות ב"ת. הסיכוי שיזכה בהגרלה הוא והסיכוי שיזכרה בהגרלה הוא .
מה הסיכוי שיזכה לפחות בהגרלה אחת?
נגדיר כמאורע בו אבי זוכה בהגרלה ו- כמאורע בו אבי זוכה בהגרלה .
בלתי תלויים איחוד הופך לסכום.
מטילים קוביה הוגנת פעמיים.
- יהי המאורע בו ההטלה הראשונה יצאה .
- יהי המאורע בו סכום ההטלות הוא 6.
- יהי המאורע בו סכום ההטלות הוא 7.
הוכיחו: ו- תלויים ו- ו- בלתי תלויים.
ואכן:
יהי מרחב הסתברות ויהיו מאורעות ב"ת.
אזי, ב"ת.
הוכחה:
∎
הוכחה:
ישירות מהטענה הנ"ל.
∎
אוסף של מאורעות ב"ת
נתחיל בגרסה מצומצמת: נקראים ב"ת (כאוסף) אם:
יהי מרחב הסתברות ויהיו מאורעות.
נאמר ש- בלתי תלויים בזוגות אם הם מתקיים: ו- וגם .
יהי מרחב הסתברות ויהי אוסף של מאורעות.
נאמר ש- אוסף של מאורעות בלתי תלויים אם לכל מתקיים:
מטילים קוביה "הוגנת" עם 4 פאות .
נגדיר: . נרצה להראות כי ב"ת בזוגות אך לא ב"ת כאוסף.
אז לכל זוג ההסתברות של החיתוך שווה למכפלת ההסתברויות. כלומר, ב"ת בוגות. אבל:
נרצה כעת לדעת בנוסף האם תלויים.
ולכן:
יהיו אוסף של מאורעות ב"ת כאוסף ו-
אם נוצר מקומבינציה של ו- נוצר מקומבינציה של אזי: ב"ת.
(כאשר קומבינציה הכוונה: ע"י חיתוך/איחוד/משלים/הפרש)
נתונה צנרת:
נתון כי סתומים בהסתברות באופן ב"ת.
מהי ההסתברות שיעברו מים מ- ל-?
נגדיר: כמאורע בו פנוי. כמאורע בו פנוי. כמאורע בו פנוי.
נתון ב"ת (כאוסף) ולכן ב"ת.
ואז אפשר פשוט להציב את הנתונים.
בתרגיל היה נתון ב"ת ובמהלך התרגיל היה צריך לחשב את .
ההסתברות של האיחוד לא שווה לסכום ההסתברויות.
באיחוד זה לא כדאי להשתמש בהכלה-הדחה ולכן אפשר להשתמש בהסתברות של המשלים ואז זה חיתוך ויש לנו כלל לגבי מאורעות ב"ת וחיתוך.