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投幣打賭與大數法則 (第 2 頁) 姚景星;林聰勤
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.原載於數學傳播第一卷第一期 .作者當時任教於台大數學系;台北市市立中正高中 •註釋 •對外搜尋關鍵字 |
某些機率的概念就實際應用來講,它是有某種程度上的人為。一個硬幣本來並無所謂出現正面的機率或反面的機率這種問題,但當我們把它拿來做為賭博工具的時候,為了要預測結局的得失,我們就提出機率這個概念來認識、分析投擲硬幣的這件事,(就像物理上,我們利用速度、加速度等概念來探討各種質點的運動),這種探討的過程,通常是一種逼近的過程,但所獲得的一些知識往往足以作為估計及策劃上的依據。
一個硬幣出現正面的機率 p 是一個在 0 與 1 之間的某一未知實數。在這�堨峔茈晾銂熙o個硬幣,我們無法平白得知 p 是多少?現在我們藉用機率上的一些理論來說明如何可以合理地推測 p 值。為了討論上的方便起見,我們導入隨機變數 X。設出現正面時 X=1,其機率表為 p=P(X=1),反面時 X=0,其機率 q=P(X=0)=1-p,則 X 的期望值為
因 故 X 的方差 註1 為
Var(X)=E(X2)-[E(X)]2=p-p2=p(1-p) ,
現在把這個硬幣獨立投擲 n 次,設隨機變數 Xi 表示投第 i 次出現的結果,出現正面時 Xi=1,反面時 Xi=0,顯然的P(Xi=0)=p,P(Xi=0)=1-p, i=1,2,…,n。而 E(Xi)=P, Var(Xi)=p(1-p), i=1,2,…,n。
上述的隨機變數 X1,X2,…,Xn 可如下證明它們是獨立隨機變數:由乘法定理,得
在這�堙Axi=0 或 1, i=1,2,…,n。
因對各
於是
此由定義得知 X1,X2,…,Xn 為獨立隨機變數。
再設另一隨機變數
現在由柴比雪夫不等式可得: 對任意 也就是
因當 這表示當
故 n 很大很大時,
假設每獨立投擲 N 次就當作一回合。現在先獨立投擲 N 次做為第一回合,設每次的結果依次表為 X1(1),X2(1),…,XN(1)(注意:當第 i 次出現正面時 Xi(1) = 1,反面時 Xi(1) = 0,以下同樣意義),則可得第一回合正面的出現率
在圖一所示的
我們將 m 個點
描在 n=N 的直線上時,由上述的大數法則得知這些點絕大多數都會落在 L1 和 L2 兩直線之間(如圖 l)。這就是說,在 m 回合中,幾乎每一回合的正面出現率
則大約可說平均 100 個
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| 編輯:黃信元 | 最後修改日期:4/26/2002 |