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姚新武
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2n+1局n+1胜制的概率的两种不同计算方法

(2024-04-07 21:28:31)
分类: 教学随笔

新教材普通高中教科书选择性必修第三册(人民教育出版社20203月第1版)第七章第4节即《7.4二项分布与超几何分布》中的例3(第75页)如下:

甲、乙两选手进行象棋比赛,如果每局比赛甲获胜的概率为0.6,乙获胜的概率为0.4,那么采用32胜制还是采用53胜制对甲更有利?

教材中对于甲获胜的概率给出了两种不同的算法。

第一种算法,考虑甲获胜时比赛进行的局数,32胜制时比赛2局或3局,即甲以2021获胜,53胜制时比赛3局或4局或5局,即甲以303132获胜,这是多年来我们一直采用的计算甲获胜的概率的方法。

第二种算法,32胜时比赛进行3局,53胜制时比赛进行5局,考虑甲在3局或5局比赛中获胜的局数。32胜制时甲胜2局或3局,53胜制时甲胜3局或4局或5局。这种计算甲获胜的概率的方法我过去没有考虑过,实际比赛也不是这样进行的。以32胜制为例,当比赛中甲连胜2局时,裁判会直接宣布甲获得胜利,不再进行第3局比赛。

教材中给出了两种不同的概率计算的方法,所得的结果是一样的。

上课时我问学生:用不同的方法计算所得的结果是一样的,这是偶然还是必然?若是必然,我们就要想办法弄清楚其中的道理。

两种不同的计算概率的方法所得结果相等很容易解释,以32胜制为例,当比赛中甲连胜2局时,第3局比赛中甲是否获胜都不会影响比赛中甲获胜的结果,也就是说,没有必要进行第3局比赛。

我们还可以用代数的方法来说明两种计算概率的结果是相等的。下面我们以53胜制为例来说明问题。

X表示甲获胜时比赛的局数,那么,甲获胜的概率为:

2n+1局n+1胜制的概率的两种不同计算方法

变形中的第一步,将前两项裂解为两项,然后将系数相等的项合并同类项,得到上面的过程中的第4行,再将中间的项裂解为两项,又将系数相等的项合并同类项,就得到最后一行。在此过程中,前面的项保留下来,系数相等的两项合并同类项,合并同类项后这两项的次数会降1次。

这样的处理是否具有一般性?也就是说,在2n+1n+1胜制(n∈N+)当中,当甲在每一局比赛中获胜的概率为p时(没有平局),两种不同的计算概率的方法所得的结果是不是相等?我们能不能用代数的方法来说明结果是相等的?从前面的代数变形中得出的规律是不是仍然有效?

X表示甲获胜时比赛的局数,那么,甲获胜的概率为:

2n+1局n+1胜制的概率的两种不同计算方法
2n+1局n+1胜制的概率的两种不同计算方法

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