概率及概率密度分布函数.ppt

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1、第1章概率及概率密度分布函数系统状态宏观量系统状态微观量统计方法最基础的概念概率§1.1概率的基本概念统计规律性随机现象与随机事件随机事件发生的可能性概率的定义概率的基本性质概率的简单计算1.1.1随机现象与随机事件确定性事件:可以被预言的事情.例如，做简谐振动的单摆，只要知道其固有频率及初始条件，我们就能计算出摆球在任何时刻的位置和速度。随机现象:只能确定影响它们演化的一部分因素，还有一部分因素是无法确定，或无法控制的，所以，现象发展的结局不是唯一的，到底如何，事先不能预言。例如，容器中的气

2、体，尽管我们可以控制容器的容积、气体的压强、乃至其温度，但我们无法控制气体分子在热运动中怎样和其他分子、又怎样和容器壁去碰撞，因而无从预言各个分子每一时刻的空间位置与速度，我们说，气体中一个分子所在的空间位置及其运动状态如何，是一种随机现象。随机事件:在一定条件下，一个随机现象可以出现的多种结果中的每一个，就叫做一个随机事件。对随机现象进行实验观测，在单次实验中所出现的不能再“分解”的事件，叫做基本随机事件。例如掷骰子可能出现不同点数这一随机现象，在单次实验中分别出现1点、2点、3点、4点、5点

3、、6点，就是它的六个基本随机事件。一随机现象的所有基本随机事件构成一基本事件组.掷骰子的基本事件组就由上述六个基本事件而组成。复杂随机事件:某一随机事件B是由随机事件A1、A2、...、Am所构成，即:当且仅当这m个事件中有一个发生时，事件B才发生。这样的随机事件B就属于复杂随机事件了。还以掷骰子为例，我们可以取“掷出的点数等于或大于5”为一随机事件，记为B。显然，不论掷出的点数是5还是6，都算做事件B发生了。我们称B事件是由“掷出的点数为5”这一基本随机事件与另一“掷出的点数为6”的基本随机事

4、件而构成的.这时,随机事件B就属于复杂随机事件了.基本随机事件组内的事件具有互不相容性:在单次实验中,若上述事件B发生了，也就是A1、A2...、Am中的任何一个发生了，而A1、A2...、Am中的任两个事件绝不可能在单次实验中同时发生，我们称它们是互不相容的。基本随机事件组内的事件都是互不相容的。一般地，凡不可能在单次实验中同时发生的两个随机事件，就是互不相容的随机事件。两个随机事件具有各自独立性:有时，对于选定的随机事件A与B，其中之一是否发生并不受另一个是否发生所影响，则称A与B是互相独立

5、的。例如，同时掷两只骰子，其一是否出现5点与另一个是否出现3点毫无联系，两骰子分别出现5点与3点这两个随机事件尽管可以同时发生，却互相独立。即便拿一只骰子来说，“这次投掷是否出现5点”与“下次投掷是否出现3点”也是不相干的，尽管是两次相继的投掷，这两个随机事件仍是各自独立的。再以我们在本课程中将特别关注的气体分子的速度为例，一分子速度的X分量介于怎样的大小区间与它的Y分量介于怎样的大小区间，Z分量又介于怎样的大小区间，是互相独立的。随机现象基本随机事件基本事件组复杂随机事件……A1A2AnAm-

6、1Am1.1.2统计规律性演示实验对大量随机事件的整体有统计规律可循.伽尔顿板实验:如图,一个带有玻璃面板的大盒内用竖直隔板分成许多等宽的小格，另有一斜放着的、底板面钉有许多小铁钉的木槽，其开口处与大盒口的一边相接。常叫这种装置为伽尔顿板。伽尔顿板令小球从钉板上方滚下，它要与板上铁钉进行无规则的碰撞，在下滚途中受力的复杂细节是失去人为控制的，尤其在把不止一个小球乃至大量小球同时或连续沿钉板撒下时，我们不可能一一控制它们落下的初始状态，而且它们除与铁钉碰撞还要彼此碰撞，更使得每个小球的运动呈现随机

7、状态。尽管各个小球的运动都遵从牛顿力学定律，但它们离开钉槽时的速度无论在大小还是方向上都具有偶然性，以致，就单个小球来说，它滚下后究竟会落在大木盒中的哪一个格子里，是不能预知的。一.现保持木槽的倾斜度不变，先把少量小球从钉板上撒下，它们将滚落在盒中各格里而有一分布。以尽量相同的方式将同样数量的小球再撒下一次，又一次，…，发现：每次小球在各格中的分布是有明显差异的。二.现改撒大量小球，盒中各格里接到小球的数目是不相等的，越靠两边格里的小球数目越少，中间有一格中落入小球数目最多。究竟是哪一格中最多这

8、与木槽的倾斜度有关。用同样多的小球再撒一次，按上面所说单个小球运动轨迹不可控制，以致落入盒中哪一格完全具有偶然性来推想，或许仍会象少量小球撒下时那样，出现明显不同于前次的分布。但事实上，只要木槽倾斜度固定，球的数目足够多，且总数保持不变，撒球的方式也尽量相同，那么多次实验得出的结果彼此都非常接近。伽尔顿板实验结论:大数量小球落在大盒各格中的分布不再具有偶然性，它说明，在一定条件下，对大量随机事件的整体而言，具有较稳定的特性，是有必然规律可循的，这就是统计规律性。统计规律性包容着单个随机事件的偶然