Классическая вероятность

Классическая модель предполагает, что все исходы равновозможны. Вероятность события $A$:

$$P(A) = \frac{m}{n}$$

где $m$ — число благоприятных исходов, $n$ — число всех исходов. Результат всегда в промежутке $[0;\,1]$.

Противоположное событие $\bar{A}$ («не $A$»):

$$P(\bar{A}) = 1 - P(A)$$

Это самый рабочий приём: если считать напрямую громоздко, считайте обратное. Классический случай — «хотя бы один раз произошло».

Пример. Монету бросают трижды. Вероятность хотя бы одного орла?

Напрямую надо перебирать случаи, а через дополнение — моментально: нет ни одного орла → все три раза решка → $\left(\frac{1}{2}\right)^3 = \frac{1}{8}$. Ответ: $1 - \frac{1}{8} = \frac{7}{8}$.

Quick recall
По какой формуле вычисляется вероятность события при равновозможных исходах?

Сложение вероятностей

Несовместные события (одновременно произойти не могут):

$$P(A + B) = P(A) + P(B)$$

Совместные события (могут произойти оба):

$$P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(AB)$$

Слагаемое $P(AB)$ убирает двойной счёт — ситуацию, когда произошли сразу оба.

Пример. Из колоды в 36 карт вытягивают одну. Вероятность, что карта — туз или пика: $P(\text{туз}) = \frac{4}{36}$, $P(\text{пика}) = \frac{9}{36}$, $P(\text{туз пик}) = \frac{1}{36}$:

$$P(\text{туз} \cup \text{пика}) = \frac{4}{36} + \frac{9}{36} - \frac{1}{36} = \frac{12}{36} = \frac{1}{3}$$
Quick recall
Почему в формуле для вероятности объединения совместных событий вычитается P(AB)?

Умножение вероятностей и условная вероятность

Независимые события (исход одного не влияет на другое):

$$P(AB) = P(A) \cdot P(B)$$

Зависимые события — общий случай:

$$P(AB) = P(A) \cdot P(B \mid A)$$

Здесь $P(B \mid A)$условная вероятность события $B$ при условии, что $A$ уже произошло. Из этой формулы напрямую:

$$P(B \mid A) = \frac{P(AB)}{P(A)}$$

Пример. В ящике 5 красных и 3 синих шара. Вытаскивают два подряд без возврата. Вероятность, что оба красных:

$$P = \frac{5}{8} \cdot \frac{4}{7} = \frac{20}{56} = \frac{5}{14}$$

После первого извлечения красных осталось 4, шаров всего — 7. Это и есть условная вероятность второго шага: состав ящика изменился, события зависимы.

Check yourself
В урне 4 белых и 6 чёрных шара. Вытаскивают два шара подряд без возврата. Какова вероятность того, что первый окажется белым, а второй — чёрным? Запишите формулу и подставьте числа.
Quick recall
Как выглядит формула вероятности произведения двух зависимых событий?

Формула полной вероятности

Если событие $A$ может наступить только при реализации одной из гипотез $H_1, H_2, \ldots, H_k$ (они несовместны и исчерпывающи: $\sum P(H_i) = 1$), то:

$$P(A) = \sum_{i=1}^{k} P(H_i) \cdot P(A \mid H_i)$$

Пример. Два завода поставляют детали: первый — 60% от объёма, брак 2%; второй — 40%, брак 5%. Вероятность того, что случайная деталь окажется бракованной:

$$P = 0{,}6 \cdot 0{,}02 + 0{,}4 \cdot 0{,}05 = 0{,}012 + 0{,}020 = 0{,}032$$

Каждое слагаемое — это «доля завода × его брак». Такие задачи встречаются в заданиях 5–6 профильного КИМ и, как правило, решаются в одно действие после правильного определения гипотез.

Check yourself
Три фабрики выпускают лампочки. Первая даёт 50% продукции с долей брака 1%, вторая — 30% с браком 2%, третья — 20% с браком 3%. Попробуйте применить формулу полной вероятности и найти вероятность купить бракованную лампочку.

Текстовые задачи: движение

Три величины связаны формулой:

$$s = v \cdot t, \quad v = \frac{s}{t}, \quad t = \frac{s}{v}$$

Встречное движение: скорость сближения $v_1 + v_2$, время встречи $t = \dfrac{s}{v_1 + v_2}$.

Движение вдогонку: скорость сближения $v_1 - v_2$, время догнать $t = \dfrac{d}{v_1 - v_2}$.

По течению / против течения: $v_{\text{вниз}} = v_{\text{лодки}} + v_{\text{теч}}$, $\;v_{\text{вверх}} = v_{\text{лодки}} - v_{\text{теч}}$.

Стандартный алгоритм — ввести одну неизвестную $x$ и составить уравнение на равенство расстояний или времён.

Совместная работа

Если объект выполняет всю работу за время $T$, его производительность$\frac{1}{T}$ работы в единицу времени. При совместной работе производительности складываются:

$$\frac{1}{T} = \frac{1}{T_1} + \frac{1}{T_2} \implies T = \frac{T_1 T_2}{T_1 + T_2}$$

Пример. Первый насос заполняет бассейн за 6 часов, второй — за 4. Вместе:

$$T = \frac{6 \cdot 4}{6 + 4} = \frac{24}{10} = 2{,}4 \text{ ч}$$

Если исполнители работали разное время: составляют уравнение $\dfrac{t_1}{T_1} + \dfrac{t_2}{T_2} = 1$, где $t_i$ — время работы каждого.

Check yourself
Труба A заполняет резервуар за 12 часов, труба B — за 6 часов. Резервуар начали заполнять одной трубой A, а через 3 часа добавили трубу B. Через сколько часов от начала резервуар будет полон?

Проценты и сложные проценты

Увеличение на $p\%$: умножаем на $\left(1 + \dfrac{p}{100}\right)$.

Уменьшение на $p\%$: умножаем на $\left(1 - \dfrac{p}{100}\right)$.

Последовательные изменения перемножаются:

$$S_n = S_0 \cdot \left(1 + \frac{p}{100}\right)^n$$

Пример. Вклад $100\,000$ руб., ставка 8% годовых. Через 3 года:

$$S = 100\,000 \cdot 1{,}08^3 \approx 100\,000 \cdot 1{,}2597 \approx 125\,970 \text{ руб.}$$

Важный подводный камень: скидка 20%, а потом ещё 10% — это не 30%, а $0{,}8 \cdot 0{,}9 = 0{,}72$, то есть скидка 28%. Процентные изменения в цепочке не складываются.

Смеси и сплавы

Уравнение баланса: количество вещества до смешивания = количество вещества после.

Для двух растворов с концентрациями $c_1$ и $c_2$, объёмами $V_1$ и $V_2$:

$$c_1 V_1 + c_2 V_2 = c_3 (V_1 + V_2)$$

Пример. 200 г 30%-го раствора соли смешивают с $x$ граммами воды (0%-й раствор), чтобы получить 20%-й:

$$0{,}3 \cdot 200 + 0 \cdot x = 0{,}2 \cdot (200 + x)$$
$$60 = 40 + 0{,}2x \implies x = 100 \text{ г}$$

Для сплавов логика та же: по каждому металлу составляют отдельное уравнение баланса.

Типичные ошибки

  • «Хотя бы один» ≠ «ровно один». Для «хотя бы одного» используйте дополнение: $P = 1 - P(\text{ни одного})$.
  • Шары без возврата — зависимые события. Формула $P(AB) = P(A) \cdot P(B)$ работает только для независимых.
  • Производительность — это $\frac{1}{T}$, не $T$. «Выполняет за 6 часов» → производительность $\frac{1}{6}$.
  • Проценты не складываются в цепочке. $+25\%$ и $-20\%$ — не ноль; считайте перемножением множителей.
  • В смесях баланс по веществу, а не по объёму: уравнение составляется как $c \cdot V$, а не просто $V$.

См. также