1.1 概率论的研究对象和概率论简史
(一)随机现象
现实世界中的现象可以分为两类,分别是确定性现象和随机现象。确定性现象是指在一定条件下必然发生的现象。例如,向空中抛一个物体,这个物体必然落向地面;水加热到100℃必然沸腾等。随机现象是指在实验或观察前无法预知确切结果的现象。但人们经过长期实践并深入研究之后,发现这类现象在大量重复实验或观察下,它的结果却呈现出某种规律性。在生活中,我们能接触到的随机现象有很多。例如,连续重复多次掷一枚骰子,出现每个点数的频率大致都有六分之一;向同一目标射击,各次弹着点都不相同,但弹着点的分布有一定的规律等。这种在大量重复实验或观察中所呈现出的固有规律性,就是我们以后所说的统计规律性。
1. 随机现象的特点
(1)随机性
在一定的条件下进行的实验或观察,可能出现这样的结果,也可能出现那样的结果,即在实验或观察之前不能预知确切的结果。
(2)统计规律性
在大量重复进行同一个实验或观察的时候,其结果会呈现固有的规律性。
2. 概率论的研究对象
概率论是研究和揭示随机现象的统计规律性的一门数学学科。
(二)概率论的产生和发展
概率论最早是探索赌博(博弈)游戏开始的。有关赌博最早的一个数学问题出现在1494年意大利修士、数学家巴乔罗(Luca Pacciolo)的著作《算术,几何,比例和比值要义》中。
甲、乙两人相约赌若干局,谁先赢s局就获胜。现在甲赢a局(a<s),而乙赢b局(b<s)时赌博中止了,问赌本应如何分?
巴乔罗的计算方法是按赌博中止时甲、乙已赢的局数分配赌本。例如,s=3,a=2,b=1,则按2:1分配。
热衷于占星术和掷骰子的代数学家卡丹(J.Cardan)和塔塔利亚(N.Tartanlia)指出巴乔罗的分法是错误的,认为巴乔罗的分法没有考虑甲乙双方取得最终胜利还需要赢的局数。但是他们两人也没有给出正确的解法。
17世纪中叶,法国流行用牌和骰子赌博的游戏,法国贵族德·梅理(De Méré)向法国著名数学家、物理学家帕斯卡(B.Pascal)再次提出同一问题。
这一貌似简单的问题难住了天才数学家帕斯卡,他思索了很久仍没有解决。于是,他与费马(P.Fermat)开始了关于这一问题的通信讨论。帕斯卡在1654年7月29日寄给费马的信中给出了这一问题的解。在这一问题的讨论中,产生了“概率”和“数学期望”等基本概念。帕斯卡的这封信被公认为是概率论的第一篇文献,是数学史上的一个里程碑。
在随后的200多年里,概率论不仅在理论上获得了一定发展,而且在人口统计、保险业、误差理论、天文学等自然科学和社会科学中得到了应用。
在这一时期,对概率论在理论和应用方面做出重要贡献的数学家有雅格布·伯努利(Jakob Bernoulli)、丹尼尔·伯努利(Daniel Bernoulli)、棣莫弗(De Moivre)、拉普拉斯(P.Lapace)、欧拉(L.Euler)、贝叶斯(T.Bayes)、蒲丰(G.Buffon)、高斯(F.Gauss)、泊松(S.Poisson)、布尼亚可夫斯基(V.Bunjakovski)、切比雪夫(Chebyshev)、马尔可夫(A.Markov)、李雅普诺夫(A.Lyapunov)等。
目前,概率论还成功应用到了包括语言、管理、心理、教育等绝大多数的人文和社会科学中,成为最有魅力的数学分支之一。