Mathématiques🎓 objectif bac

الاحتمالات والإحصاء

دستور الاحتمالات الكلية و الحوادث المستقلة

🔊 La maîtresse lit pour toi
صندوقان مختلفان، و حجر نرد يقرّر من أيّهما تسحب. الكرة الخضراء يمكن أن تأتي من هذا أو من ذاك: مساران مختلفان يؤدّيان إلى النتيجة نفسها. جمع الاحتمالين مباشرة خطأ، و إهمال أحدهما خطأ أكبر. فكيف نجمع مسارات تجربة تمرّ بحالات لا تلتقي؟

لتقسم مسألة إلى حالات، لا يكفي أن تكون الحالات ممكنة: يجب أن لا تلتقي و أن لا يفوتها شيء. هذا الشرط المزدوج له اسم واحد — التجزئة — و منه يخرج كلّ الدرس.

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • التعرّف على تجزئة للمجموعة الشاملة و التحقّق من شروطها
  • تطبيق دستور الاحتمالات الكلّية على شجرة مرجّحة
  • إثبات استقلال حادثتين أو نفيه بالتعريف
  • توظيف الاستقلال في تجربة مكرّرة و في وضعية بمصدرين
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • الاحتمال الشرطي و دستور الجداء
  • الحادثة العكسية و دستور اتّحاد حادثتين

1. التجزئة

تجزئة المجموعة الشاملة هي عائلة أجزاء منها، غير خالية، منفصلة مثنى مثنى، و اتّحادها المجموعة كلّها. بعبارة أخرى: كلّ مخرج يقع في جزء واحد لا أكثر و لا أقلّ.

شروط التجزئة

الشرط الثاني يمنع الحساب مرّتين، و الثالث يمنع النسيان. و أبسط تجزئة على الإطلاق هي حادثة و عكسيتها.

Ai ≠ φ ; Ai ∩ Aj = φ (i ≠ j) ; A1 ∪ ... ∪ An = E
كلّ مخرج يقع في جزء واحد لا أكثر و لا أقلّ؛ فتقاطعات الحادثة مع الأجزاء تجزّئها هي أيضا.

2. دستور الاحتمالات الكلّية

لتكن الحوادث الأولى تجزئة للمجموعة الشاملة، احتمالاتها غير معدومة. عندئذ تنقسم كلّ حادثة B إلى قطع منفصلة، قطعة في كلّ جزء، فيكون احتمالها مجموع احتمالات القطع.

دستور الاحتمالات الكلّية

لأنّ العائلة المكوّنة من تقاطعات B مع أجزاء التجزئة هي تجزئة لـ B نفسها: لا مخرج من B يفوتها و لا مخرج يُحسب مرّتين.

p(B)=p(A1 ∩ B) + p(A2 ∩ B) + ... + p(An ∩ B)
الصيغة العمليّة

نعوّض كلّ تقاطع بدستور الجداء. هذه هي الصيغة التي تُستعمل فعلا، لأنّ المعطى يعطي دائما احتمالات الأجزاء و الاحتمالات الشرطية داخلها، لا التقاطعات.

p(B) = p(A1) pA1(B) + ... + p(An) pAn(B)
  • مجموع الأوزان الخارجة من عقدة واحدة يساوي واحدا — أوّل تحقّق تجريه على الشجرة
  • وزن فرع في المستوى الثاني احتمال شرطي، لا احتمال بسيط
  • احتمال مسار جداء أوزانه، و احتمال حادثة مجموع مساراتها

3. الحوادث المستقلة

أحيانا لا تغيّر المعلومة شيئا: أن تعرف أنّ A تحقّقت لا يبدّل حظّ B. عندئذ نقول إنّ الحادثتين مستقلّتان.

تعريف الاستقلال

هذا هو التعريف المعتمد، لأنّه متناظر و لا يشترط أن يكون أيّ احتمال غير معدوم.

p(A ∩ B) = p(A) × p(B)
الصيغة المكافئة

نعوّض في التعريف الشرطي. و هي الصيغة الأقرب إلى الحدس: العلم بـ A لا يغيّر حظّ B.

p(A) ≠ 0 ⟹ [p(A ∩ B) = p(A) p(B) ⟺ pA(B) = p(B)]
انتقال الاستقلال إلى العكسيّتين

نطرح: التقاطع مع العكسية هو A ناقص التقاطع مع B، أي ⁦p(A) − p(A)p(B)⁩، و هو ⁦p(A)[1 − p(B)]⁩. فإذا استقلّت A عن B استقلّت عن عكسيتها، و كذلك عكسيتاهما معا. ⭐ هذه النتيجة تُستعمل في كلّ تمرين عن قاذفين أو آلتين.

p(A ∩ B) = p(A) × p(B)
⛔ الاستقلال ليس عدم التلاؤم، و بينهما تناقض تقريبا. حادثتان غير متلائمتين تقاطعهما خال، فإذا تحقّقت إحداهما استحالت الأخرى: هذا ارتباط شديد لا استقلال. لا تخلط بين جمع الاحتمالات و ضربها.
⭐ متى تكون الحادثتان مستقلّتين في تمرين؟ لمّا تنتجان عن تجربتين مختلفتين لا تؤثّر إحداهما في الأخرى: رميتان متتاليتان، قاذفان مختلفان، سحب بإرجاع. و بالمقابل، في السحب دون إرجاع تتعلّق نتيجة السحبة الثانية بنتيجة الأولى: فلا تفترض الاستقلال، بل تحقّق منه بالحساب.
مثال 1: شجرة مرجّحة و احتمالات كلّية

صندوقان: الأوّل فيه خمس كرات خضراء و ثلاث حمراء، و الثاني فيه ثلاث خضراء و ستّ حمراء، و لا نميّز بين الكرات باللمس. نرمي حجر نرد غير مزوّر مرقّما من 1 إلى 6: إن حصلنا على 5 أو 6 سحبنا كرة من الصندوق الأوّل، و إلاّ سحبنا من الثاني. نسمّي B الحادثة «نحصل على 5 أو 6» و A الحادثة «الكرة المسحوبة خضراء».

🎯المطلوب: أنشئ الشجرة المرجّحة و أكملها بالقيم، ثمّ استنتج احتمال أن تكون الكرة خضراء.

🔹الخطوة 1: المستوى الأوّل

الرقمان 5 و 6 من ستّة أرقام متساوية الاحتمال.

p(B)=26=13
🔹الخطوة 2: الفرع الثاني

و عكسيتها بالمتمّمة إلى الواحد.

p(B)=1 − 13=23
🔹الخطوة 3: الفرع العلوي

إذا تحقّقت B نسحب من الصندوق الأوّل: خمس خضراء من ثمان.

pB(A) = 58
🔹الخطوة 4: الفرع السفلي

و إذا تحقّقت عكسيتها نسحب من الثاني: ثلاث خضراء من تسع، أي الثلث.

pB(A)=39=13
🔹الخطوة 5: الدستور

الحادثتان B و عكسيتها تشكّلان تجزئة، فنطبّق دستور الاحتمالات الكلّية: مساران يؤدّيان إلى الكرة الخضراء.

p(A) = p(B) pB(A) + p(B) pB(A)
🔹الخطوة 6: المسارات

نعوّض و نحسب كلّ مسار.

p(A)=(13)(58) + (23)(13)=524 + 29
✅النّتيجة

نوحّد المقامين على اثنين و سبعين: خمسة عشر و ستّة عشر.

p(A)=1572 + 1672=3172
⭐ ارسم الشجرة قبل أيّ حساب. هي التي تمنعك من نسيان مسار، و هي التي تذكّرك بأنّ أوزان المستوى الثاني احتمالات شرطية.
كلّ مسار جداء أوزانه، و احتمال الحادثة مجموع مساراتها: مساران يؤدّيان إلى الكرة الخضراء.
مثال 2: قاذفان مستقلّان

يرمي قاذفان S و T في الوقت نفسه هدفا معيّنا. الحادثتان A «القاذف S يصيب الهدف» و B «القاذف T يصيب الهدف» مستقلّتان، و احتمالاهما ⁦4/5⁩ و ⁦7/8⁩ على الترتيب.

🎯المطلوب: احسب احتمال أن يصيب القاذفان معا، ثمّ أن يصيب الأوّل وحده، ثمّ أن لا يُصاب الهدف، ثمّ أن يُصاب، ثمّ أن يصيبه قاذف واحد فقط.

🔹الخطوة 1: يصيبان معا

الحادثتان مستقلّتان، فاحتمال التقاطع جداء الاحتمالين.

p=pS × pT=(45)(78)=2840=710
🔹الخطوة 2: الأوّل فقط

«الأوّل فقط» يعني أنّه أصاب و الثاني أخطأ، و الاستقلال ينسحب على العكسيّتين.

p=pS(1 − pT)=(45)(18)=440=110
🔹الخطوة 3: لا أحد يصيب

«لم يُصب الهدف» يعني أنّ كليهما أخطأ.

p=(1 − pS)(1 − pT)=(15)(18)=140
🔹الخطوة 4: الهدف يُصاب، بالمتمّمة

«يُصاب الهدف» عكس «لم يُصب»، فأسرع طريق هو المتمّمة إلى الواحد.

p=1 − 140=3940
🔹الخطوة 5: التحقّق بالاتّحاد

و نتحقّق بدستور الاتّحاد: مجموع الاحتمالين ناقص جداءهما، بعد توحيد المقامات على أربعين.

pS + pT − pS pT=45 + 78 − 710=3240 + 3540 − 2840=3940
🔹الخطوة 6: قاذف واحد فقط

«قاذف واحد فقط» اتّحاد حالتين غير متلائمتين. انتبه إلى تقاطع الدليلين.

p=pS(1 − pT) + pT(1 − pS)
✅النّتيجة

الحدّ الأوّل حسبناه في الخطوة 2، و الثاني جداء سبعة أثمان في خمس.

p=440 + (78)(15)=440 + 740=1140
⭐ الخطوتان 4 و 5 تحسبان الشيء نفسه بطريقين، و التطابق يقين. و في الخطوة الأخيرة انتبه جيّدا إلى تقاطع الدليلين: الحدّ الأوّل يقرن احتمال الأوّل بعكس الثاني، لا بعكس نفسه — الخلط هنا يعطي عددا بعيدا تماما عن الصواب.
مثال 3: تكرار تجربة مستقلّة

نرمي n مرّة حجر نرد مكعّبا غير مزوّر، أوجهه مرقّمة من 1 إلى 6، حيث n عدد طبيعي أكبر من 1.

🎯المطلوب: احسب احتمال الحادثة A: «نحصل مرّة واحدة على الأقلّ على رقم فردي».

🔹الخطوة 1: الحادثة العكسية

الحساب المباشر يعني جمع حالات كثيرة. نمرّ بالعكس.

p(A) = 1 − p(A)
🔹الخطوة 2: احتمال رمية واحدة

نرمز بـ p₁ لاحتمال الحصول على رقم زوجي في رمية واحدة: ثلاثة أرقام زوجية من ستّة.

p1=36=12
🔹الخطوة 3: الاستقلال

الرميات مستقلّة لأنّ كلّ واحدة تجربة قائمة بذاتها، فنضرب.

p(A)=(12) × (12) × ... × (12)
🔹الخطوة 4: القوّة

و العوامل n، فالجداء قوّة.

p(A) = 12n
✅النّتيجة

نعود إلى الحادثة الأصلية بالمتمّمة.

p(A) = 1 − 12n
⭐ «مرّة واحدة على الأقلّ» ⟸ عكسها «و لا مرّة»، و هي حالة واحدة دائما. و لاحظ أنّ النتيجة تقترب من الواحد لمّا يكبر n.
مثال 4: تجزئة في مصنع

مصنع ينتج مفاتيح تخزين، منها 4 بالمائة غير صالحة. وحدة الفرز ترفض بالخطأ 3 بالمائة من المفاتيح الصالحة، و ترفض 95 بالمائة من المفاتيح غير الصالحة. نسمّي S الحادثة «المفتاح صالح» و N عكسها. تُعطى النتائج مدوّرة إلى الجزء من الألف.

🎯المطلوب: احسب احتمال قبول مفتاح غير صالح، ثمّ احتمال رفض مفتاح صالح، ثمّ احتمال وقوع خطأ في الفرز، ثمّ تحقّق من أنّ احتمال قبول مفتاح يساوي 0,933.

🔹الخطوة 1: التجزئة

نصنّف المفاتيح أوّلا: الصالح و غير الصالح تجزئة للمجموعة الشاملة.

p(N) = 0,04 ⟹ p(S) = 0,96
🔹الخطوة 2: قبول غير الصالح

قبول مفتاح غير صالح يعني أنّه غير صالح و لم تُرفضه الوحدة، و هي ترفض خمسة و تسعين بالمائة منها.

p1=0,04 × 0,05=0,002
🔹الخطوة 3: رفض الصالح

رفض مفتاح صالح يعني أنّه صالح و رُفض خطأ، بنسبة ثلاثة بالمائة.

p2=0,96 × 0,03=0,0288
🔹الخطوة 4: الخطأ الكلّي

الخطأ في الفرز اتّحاد الحالتين، و هما غير متلائمتين.

p3=0,002 + 0,0288=0,0308
🔹الخطوة 5: الاحتمالات الكلّية

و القبول يقع في مسارين: مفتاح صالح لم يُرفض — و احتمال ذلك ⁦1 − 0,03 = 0,97⁩ — أو مفتاح غير صالح قُبل خطأ.

p4=0,96 × 0,97 + 0,04 × 0,05
🔹الخطوة 6: الجداءان

نحسب المسارين.

p4=0,9312 + 0,002=0,9332
✅النّتيجة

و ندوّر إلى الجزء من الألف كما هو مطلوب.

p4 ≈ 0,933
⭐ هذه هي التجزئة في الصناعة، و هي حيّة: الصالح و غير الصالح يجزّئان الإنتاج، و القبول يمرّ بالجزأين. لاحظ أنّ رفض الصالح أكثر وقوعا بأربعة عشر ضعفا من قبول الفاسد — و هذا اختيار مقصود من المصنع.
⛔ في كلّ تمرين شجرة، تحقّق أنّ أوزان كلّ عقدة مجموعها واحد قبل أن تحسب شيئا: هذا التحقّق يكشف خطأ القراءة في المعطى، و هو مصدر أغلب النقاط الضائعة. و في سؤال الاستقلال، لا تكتفِ بالحدس: احسب الجداء و قارنه بالتقاطع، فالإجابة تُبرهن لا تُعلن.
الخلاصة: التجزئة تقسم الكون إلى حالات لا تلتقي و لا يفوتها شيء، و دستور الاحتمالات الكلّية يجمع مسارات الحادثة عبرها. الشجرة المرجّحة ترسمهما معا. و الاستقلال هو الحالة التي لا تغيّر فيها المعلومة شيئا، فيصير الجداء بسيطا و ينسحب على العكسيّات.

Page 1/8

© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net