דלג לתוכן

עץ הסתברויות לניסוי רב־שלבי

עץ הסתברויות לניסוי רב־שלבי

שלבים, ענפים ומסלולים

עץ הסתברויות מתאר ניסוי של כמה שלבים. כל שלב הוא עמודה של ענפים, ועל כל ענף כתובה ההסתברות שלו. מסלול – מההתחלה ועד הקצה – הוא תוצאה אחת של כל הניסוי.

בקופסה 5 כדורים אדומים ו-3 כדורים לבנים.
מוציאים כדור באקראי, לא מחזירים אותו, ומוציאים עוד כדור.

  • בשלב הראשון 8 כדורים: אדום בהסתברות 58\displaystyle \frac{5}{8}, לבן בהסתברות 38\displaystyle \frac{3}{8}.
  • בשלב השני נשארו 7 כדורים, וההרכב שלהם תלוי במה שיצא קודם. אחרי אדום נשארו 4 אדומים ו-3 לבנים; אחרי לבן – 5 אדומים ו-2 לבנים.

בעמודה האחרונה – ההסתברות של כל מסלול: מכפלת ההסתברויות על הענפים שלו. שני אדומים: 58⋅47=2056=514\displaystyle {\frac{5}{8}\cdot\frac{4}{7}}={\frac{20}{56}}={\frac{5}{14}}.

ההסתברות של מסלול

ההסתברות של מסלול היא מכפלה בגלל ההגדרה של ההסתברות המותנית. הענף בשלב השני הוא הסתברות מותנית: ההסתברות שיצא אדום בפעם השנייה בהינתן שיצא אדום בפעם הראשונה.

R1\displaystyle R_1 – הכדור הראשון אדום; R2\displaystyle R_2 – הכדור השני אדום.
מההגדרה P(R2/R1)=P(R1∩R2)P(R1)\displaystyle {P(R_2/R_1)}={\frac{P(R_1\cap R_2)}{P(R_1)}}, ובכפל ב-P(R1)\displaystyle P(R_1):

P(R1∩R2)\displaystyle P(R_1\cap R_2) =\displaystyle = P(R1)⋅P(R2/R1)\displaystyle P(R_1)\cdot P(R_2/R_1)
P(R1∩R2)=58⋅47=514P(R_1\cap R_2)=\frac{5}{8}\cdot\frac{4}{7}=\frac{5}{14}

במסלול של שלושה שלבים כופלים באותו אופן עוד ענף: ההסתברות של השלב השלישי בהינתן שני השלבים שלפניו.

מאורע של כמה מסלולים

מאורע יכול להיות כמה מסלולים. מסלולים שונים הם תוצאות שונות של הניסוי – מאורעות זרים – ולכן מחברים את ההסתברויות שלהם.

A\displaystyle A – “שני הכדורים בצבעים שונים”. המסלולים של A\displaystyle A מסומנים:

  • אדום ואחריו לבן: 58⋅37=1556\displaystyle {\frac{5}{8}\cdot\frac{3}{7}}={\frac{15}{56}}.
  • לבן ואחריו אדום: 38⋅57=1556\displaystyle {\frac{3}{8}\cdot\frac{5}{7}}={\frac{15}{56}}.
P(A)=1556+1556=3056=1528P(A)=\frac{15}{56}+\frac{15}{56}=\frac{30}{56}=\frac{15}{28}

ההסתברויות של כל המסלולים יחד הן 1: 2056+1556+1556+656=1\displaystyle {\frac{20}{56}+\frac{15}{56}+\frac{15}{56}+\frac{6}{56}}={1}. זו דרך טובה לבדוק עץ.

שלבים בלתי תלויים

כשהשלבים בלתי תלויים, התוצאה של שלב אחד לא משנה את ההסתברויות של השלב הבא: P(B/A)=P(B)\displaystyle {P(B/A)}={P(B)}. לכן על כל מזלג של אותו שלב כתובות אותן הסתברויות, והמסלול הוא פשוט מכפלת ההסתברויות של השלבים.

שחקנית כדורסל קולעת זריקת עונשין בהסתברות 0.8\displaystyle 0.8, בלי קשר לזריקות האחרות.
היא זורקת שלוש זריקות.
בדוגמה שלפניכם נחשב את ההסתברות שהיא תקלע בדיוק שתי זריקות. המסלולים של המאורע מסומנים:

בדיוק שתי קליעות הן שלושה מסלולים – ההחטאה בזריקה הראשונה, בשנייה או בשלישית. בכל אחד מהם שתי קליעות והחטאה אחת, ולכן לשלושתם אותה הסתברות:

3⋅0.8⋅0.8⋅0.2=3⋅0.128=0.3843\cdot0.8\cdot0.8\cdot0.2=3\cdot0.128=0.384
“לפחות אחד” בעזרת המאורע המשלים

המאורע “לפחות פעם אחת” הוא הרבה מסלולים, אבל המשלים שלו הוא מסלול אחד: “אף פעם לא”. לכן מחשבים את המשלים ומחסרים מ-1.

מה ההסתברות שהשחקנית תחטיא לפחות זריקה אחת מתוך השלוש?

  • המשלים: היא קולעת את שלוש הזריקות, מסלול אחד: 0.83=0.512\displaystyle {0.8^3}={0.512}.
  • לפחות החטאה אחת: 1−0.512=0.488\displaystyle {1-0.512}={0.488}.

בדרך הארוכה היה צריך לחבר שבעה מסלולים.

תרגיל 1

בעיר מסוימת, בחורף, ההסתברות לגשם ביום ראשון היא 0.3\displaystyle 0.3.
אם יורד גשם ביום מסוים, ההסתברות לגשם גם למחרת היא 0.6\displaystyle 0.6.
אם היום יבש, ההסתברות לגשם למחרת היא 0.2\displaystyle 0.2.
השלימו את ההסתברויות בעץ: השלב הראשון – יום ראשון, השלב השני – יום שני.

א

מה ההסתברות שירד גשם ביום ראשון וגם ביום שני?

    / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – בדיקה ושורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

    / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – שורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

    ב

    מה ההסתברות שירד גשם ביום שני?

      / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – בדיקה ושורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

      / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – שורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

      תרגיל 2

      בקופסה 6 סוללות: 4 תקינות ו-2 ריקות.
      מוציאים באקראי שלוש סוללות, בזו אחר זו, בלי החזרה.
      השלימו את ההסתברויות בעץ.

      א

      מה ההסתברות ששלוש הסוללות תקינות?

        / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – בדיקה ושורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

        / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – שורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

        ב

        מה ההסתברות שלפחות אחת מהסוללות ריקה?

          / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – בדיקה ושורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

          / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – שורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

          תרגיל 3

          בשקית 3 סוכריות בטעם תות, ועוד כמה סוכריות בטעם לימון.
          מוציאים באקראי שתי סוכריות, בזו אחר זו, בלי החזרה.
          ההסתברות ששתי הסוכריות בטעם תות היא 17\displaystyle \frac{1}{7}.

          א

          כמה סוכריות בטעם לימון יש בשקית? סמנו ב-x\displaystyle x את מספר הסוכריות בטעם לימון, ופתרו משוואה.

            ב

            מה ההסתברות שהסוכריות שהוצאו בטעמים שונים?

              / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – בדיקה ושורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

              / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – שורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

              תרגיל 4

              בהגרלה, כל כרטיס זוכה בפרס בהסתברות 0.1\displaystyle 0.1, בלי קשר לכרטיסים האחרים.
              נועה קונה ארבעה כרטיסים.

              מה ההסתברות שלפחות אחד מהכרטיסים שלה יזכה בפרס?

                / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – בדיקה ושורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה

                / – קו שבר · Tab או החצים – בין המונה למכנה, ואחר כך פתק מעל או מתחת · Enter – שורה חדשה · * – כפל · ^ – חזקה, ↓ – סוף החזקה