Подготовка к школе
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс
5 класс
6 класс
7 класс
8 класс
9 класс
10 класс
11 класс
ОГЭ
ЕГЭ
Для всех
Назад

Несовместные события и правило сложения вероятностей

Содержание

В уроке «Объединение и пересечение событий» вы находили вероятность события «$A$ или $B$» по формуле $P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)$. В этом уроке разберем важный частный случай — события без общих исходов. Для них вероятность «или» находится простым сложением, и мы выясним, когда этим правилом пользоваться нельзя.

Вопрос для начала. В лотерее вероятность выиграть деньги равна $0{,}1$, а вероятность выиграть книгу — $0{,}15$ (учебные данные). Верно ли, что вероятность выиграть хоть что-нибудь равна $0{,}1+0{,}15=0{,}25$? Ответ — в конце урока: он зависит от одного условия, которое легко пропустить.

Когда области на поле не перекрываются

Вспомним модель модуля. Все исходы опыта — клетки одного поля, событие — закрашенная область, вероятность — доля закрашенных клеток. При броске кубика поле состоит из 6 клеток: 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Пара 1. Событие $A$ — «выпало меньше 3» (клетки 1 и 2), событие $B$ — «выпало больше 4» (клетки 5 и 6). Общих клеток нет. Событию $A\cup B$ подходят клетки 1, 2, 5, 6 — их 4, ровно $2+2$. Значит, $P(A\cup B)=\frac46=\frac26+\frac26$.

Пара 2. Событие $C$ — «выпало больше 4» (клетки 5 и 6), событие $D$ — «выпало нечетное» (клетки 1, 3, 5). Клетка 5 закрашена обоими цветами. Событию $C\cup D$ подходят клетки 1, 3, 5, 6 — их 4, а $2+3=5$. Сумма вероятностей $\frac26+\frac36=\frac56$ больше, чем $P(C\cup D)=\frac46$: клетку 5 посчитали дважды.

Слева у A (1, 2) и B (5, 6) нет общих клеток: 4 клетки = 2 + 2; справа у C (5, 6) и D (1, 3, 5) общая клетка 5: клеток 4, а 2 + 3 = 5
Нет общих клеток — клеток «или» столько, сколько в сумме; есть общая клетка — сумма посчитает ее дважды

Все решает одно: есть ли у двух областей общие клетки. Если нет — вероятности можно складывать. Если есть — сумма получается больше настоящей вероятности.

События, которые не могут случиться вместе

Определение

События $A$ и $B$ называют несовместными, если они не могут произойти вместе, то есть у них нет общих исходов: $A\cap B=\varnothing$. Если хотя бы один общий исход есть, события называют совместными.

Чтобы проверить, несовместны ли события, ищут исход, который подходит обоим. Нашелся хотя бы один — события совместны. Такого исхода нет — несовместны.

  • Кубик: «выпало 2» и «выпало нечетное» — несовместны: число 2 четное.
  • Одна контрольная одного ученика: «получил 5» и «получил 3» — несовместны: за работу ставят одну отметку.
  • Карточки с номерами от 1 до 20: «номер кратен 4» и «номер кратен 6» — совместны: номер 12 подходит обоим.
  • Две монеты: «на первой монете орел» и «на второй монете решка» — совместны: исход «орел, решка» подходит обоим.
Поле двух монет 2 × 2: «на первой орел» — ОО, ОР; «на второй решка» — ОР, РР; клетка ОР общая, события совместны
Монеты не влияют друг на друга, но клетка «орел, решка» общая: события совместны

Ошибка

Рассуждение: «Монеты не влияют друг на друга, значит, события «на первой орел» и «на второй решка» несовместны».

Проверим на поле. У двух монет 4 исхода: ОО, ОР, РО, РР. Событию «на первой орел» подходят ОО и ОР, событию «на второй решка» — ОР и РР. Клетка ОР общая, значит, события совместны.

Где сломалось рассуждение: «не влияют друг на друга» — это другое свойство, независимость (о ней — следующий урок). Несовместность — про общие клетки, а не про влияние.

Почему вероятности несовместных событий складываются

В первом разделе для пары без общих клеток сумма вероятностей совпала с вероятностью «или». Один пример — еще не доказательство. Проверим, что так будет для любого поля и любых несовместных событий.

Правило сложения вероятностей

Если события $A$ и $B$ несовместны, то вероятность того, что произойдет $A$ или $B$, равна сумме их вероятностей:

Доказательство

Шаг 1. Пусть на поле $n$ равновозможных клеток, событию $A$ благоприятны $m_A$ клеток, событию $B$ — $m_B$ клеток.

Шаг 2. Событию $A\cup B$ благоприятны клетки, закрашенные хотя бы одним цветом. Общих клеток у $A$ и $B$ нет (по определению несовместных), поэтому ни одна клетка не посчитана дважды: всего их $m_A+m_B$.

Шаг 3. $P(A\cup B)=\frac{m_A+m_B}{n}=\frac{m_A}{n}+\frac{m_B}{n}=P(A)+P(B)$. Что и требовалось доказать.

Тот же вывод из формулы прошлого урока

Скрыть

Общая формула: $P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)$. У несовместных событий $A\cap B=\varnothing$ — это невозможное событие, его вероятность равна $0$. Вычитать нечего, и остается $P(A\cup B)=P(A)+P(B)$. Правило сложения — частный случай общей формулы, когда общая часть пуста.

Пример 1

Из карточек с номерами от 1 до 20 наугад берут одну. Найдите вероятность того, что номер кратен 7 или больше 17.

Решение. Событие $A$ — «номер кратен 7»: номера 7 и 14, $P(A)=\frac{2}{20}$. Событие $B$ — «номер больше 17»: номера 18, 19, 20, $P(B)=\frac{3}{20}$. Общих номеров нет: ни 7, ни 14 не больше 17. События несовместны, поэтому

Проверка счетом: подходят номера 7, 14, 18, 19, 20 — 5 карточек из 20.

Ответ: $\frac14$.

Слева два раздельных круга A и B: P(A∪B) = P(A) + P(B) − 0; справа нечетное (1, 3, 5) и меньше 5 (1, 2, 3, 4) делят клетки 1 и 3: 3/6 + 4/6 = 7/6 больше 1, на самом деле 5/6
Без общей части вычитать нечего; с общей частью клетки 1 и 3 попадают в сумму дважды

Ошибка

Складывают вероятности совместных событий. Бросают кубик: «выпало нечетное» — $P=\frac36$, «выпало меньше 5» — $P=\frac46$. Сложение дает $\frac36+\frac46=\frac76$.

Проверка на числах: вероятность не бывает больше $1$. Подсчет клеток: событию «нечетное или меньше 5» подходят числа 1, 2, 3, 4, 5, то есть $P=\frac56$.

Где сломалось рассуждение: числа 1 и 3 подходят обоим событиям, при сложении их клетки посчитаны дважды. Прежде чем складывать, найдите общие исходы.

Обратите внимание

Если $P(A)+P(B)>1$, события точно совместны: без общих клеток две области не займут больше всего поля. Обратное неверно: у пары 2 из первого раздела сумма $\frac56$ меньше $1$, а общая клетка есть.

Если несовместных событий больше двух

Те же рассуждения проходят для трех, четырех и любого числа областей, если никакие две из них не перекрываются. Тогда каждая клетка снова посчитана ровно один раз.

Правило сложения для нескольких событий

Если любые два из событий $A$, $B$, $C$ несовместны, то

Так считают вероятности событий «не меньше», «не больше», «хоть какой-нибудь»: событие разбивают на отдельные исходы, которые не могут случиться вместе, и складывают их вероятности.

Пример 2

Бросают правильный восьмигранный кубик с числами от 1 до 8. Найдите вероятность того, что выпадет число не меньше 6.

Решение. «Не меньше 6» — это «выпало 6», «выпало 7» или «выпало 8». Само число 6 тоже подходит. Три события несовместны, у каждого вероятность $\frac18$:

Ответ: $\frac38$.

Поле восьмигранного кубика: клетки 6, 7, 8 несовместны, каждая 1/8; 1/8 + 1/8 + 1/8 = 3/8
Три клетки без общих частей: доли складываются, получается 3 клетки из 8

Пример 3

Стрелок выбивает 10 очков с вероятностью $0{,}1$, 9 очков — с вероятностью $0{,}25$, 8 очков — с вероятностью $0{,}3$ (учебные данные). Найдите вероятность того, что одним выстрелом он выбьет не меньше 8 очков, и вероятность того, что он выбьет меньше 8 очков.

Решение. Одним выстрелом нельзя выбить сразу 10 и 9 очков: события несовместны.

Событие «меньше 8 очков» противоположно событию «не меньше 8 очков»: $1-0{,}65=0{,}35$.

Ответ: $0{,}65$ и $0{,}35$.

Отсюда полезное следствие. Любые два исхода опыта несовместны и вместе занимают все поле, поэтому сумма их вероятностей равна $1$. Если в таблице не хватает одной вероятности, ее находят вычитанием из $1$.

Несовместные и противоположные — не одно и то же

Вспомним урок «Противоположное событие»: событие $\overline{A}$ — это все клетки, не вошедшие в $A$. У $A$ и $\overline{A}$ нет общих клеток, значит, противоположные события несовместны. По правилу сложения $P(A)+P(\overline{A})=1$: вместе они занимают все поле. Так получается формула $P(\overline{A})=1-P(A)$.

Обратное неверно. При броске кубика «выпало 1» и «выпало 6» несовместны, но вместе занимают 2 клетки из 6: клетки 2, 3, 4, 5 остаются пустыми. Сумма вероятностей равна $\frac16+\frac16=\frac13$, а не $1$. Поэтому вероятность события «выпало 6» нельзя найти как $1-\frac16$.

Слева A (1, 2) и противоположное Ā (3–6) закрывают все поле: 2/6 + 4/6 = 1; справа «выпало 1» и «выпало 6» не закрывают поле: 1/6 + 1/6 = 1/3, не 1
Противоположные события закрывают все поле без перекрытия; несовместные только не перекрываются

Важно

Противоположные события всегда несовместны. Несовместные события противоположны, только если вместе они занимают все поле. Формулой $P(\overline{A})=1-P(A)$ пользуйтесь только для пары «событие и его отрицание».

Ошибка

Рассуждение: «События «выпало 1» и «выпало 6» несовместны, значит, $P(\text{выпало }6)=1-\frac16=\frac56$».

Проверка: на кубике 6 равновозможных исходов, число 6 — один из них, поэтому $P(\text{выпало }6)=\frac16$, а не $\frac56$.

Где сломалось рассуждение: формула $1-P(A)$ верна только для противоположного события. Клетки 2, 3, 4, 5 не входят ни в «выпало 1», ни в «выпало 6», поэтому эти события не противоположны.

Вывод

Правило сложения нужно в каждой задаче со словом «или», «не меньше», «хоть какой-нибудь». Чтобы вспомнить его, представьте поле исходов: если области не перекрываются, клетки просто складываются.

Ответ на вопрос из начала урока. Если по правилам лотереи один билет выигрывает не больше одного приза, события «выиграть деньги» и «выиграть книгу» несовместны, и вероятность выиграть хоть что-нибудь равна $0{,}1+0{,}15=0{,}25$. Если же билет может выиграть и деньги, и книгу, события совместны: нужно знать вероятность выиграть оба приза и вычесть ее. Сложение работает только без общих клеток.

Часто задаваемые вопросы

Чем несовместные события отличаются от независимых?

Несовместность — про общие исходы: события не могут произойти вместе. Независимость — про влияние: наступление одного не меняет вероятность другого. Две монеты не влияют друг на друга, но «орел на первой» и «решка на второй» вполне могут выпасть вместе, поэтому эти события совместны.

Можно ли узнать, несовместны ли события, по их вероятностям?

Только в одну сторону. Если $P(A)+P(B)>1$, события точно совместны. Если сумма не больше $1$, по вероятностям ничего сказать нельзя: нужно посмотреть, есть ли общие исходы.

Почему в задаче «не меньше 6» складывают три вероятности, а не берут одну?

Событию «не меньше 6» подходят три разных исхода: 6, 7 и 8. Каждый из них — отдельная клетка поля, и они не перекрываются. Поэтому их вероятности складываются. Частая ошибка — забыть само число 6.

Работает ли правило сложения, если исходы не равновозможны?

Да. Мы обосновали правило на поле из равновозможных клеток, но оно верно для любых несовместных событий. Им пользуются и тогда, когда вероятности даны в условии, как в задаче о стрелке.

Что делать, если события совместны, а спрашивают про «или»?

Пользуйтесь общей формулой $P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)$ из прошлого урока. Вероятность общей части вычитают, потому что при сложении она посчитана дважды.

Следующий урок

Дальше — «Независимые события. Правило умножения»: когда наступление одного события не меняет вероятность другого и вероятности перемножают.

Повторите

Перед тестом вспомните уроки «Объединение и пересечение событий» и «Противоположное событие»: формулу $P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)$ и $P(\overline{A})=1-P(A)$.

Тест урока

Проверьте себя в тесте урока.

Награды за урок
5
5
1
Количество опыта, полученного за урок 5

Спросить Зави Спросить Зави
Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

Предложить улучшение