例 .甲乙两人约定在下午6:00至7:00之间在公园会面,并约定先到者等候对方20分钟,过时即可离开。求两人会面的概率。
解 .(1)本题的关键是明确和“两人相遇”对应的事件 。具体分析如下:
代表的是“所有可能的到达时间”。设甲、乙两人到达公园的时间分别为 和 ,根据题意有:
这对应于下图中的正方形区域
事件代表的是“所有可能的相遇时间”。若甲先到,则乙必须在甲到达后的20分钟内到达,此时有 ;若乙先到,则甲必须在乙到达后的20分钟内到达,此时有 。综合起来,有:
这对应于下图中由两条斜线与正方形边界围成的红色多边形区域
(2)引入新的计算方法。在
中,概率是事件的样本点数与样本空间的样本点数之比。但由(1)的分析可知,这两者的样本点数是无限的。因此改用两者的面积之比来计算概率,即:
这种计算方法被称为 几何概型 (Geometric probability model)。该方法基于一个直观的假设:样本空间中的每个点被认为是等概率的,而相同面积的区域包含了“相同多”的点,因此也是等概率的。从而,区域的面积大小直接对应概率的大小,我们便可以通过面积之比来计算概率。
几何概型源于直观的推导,却是一个严格的数学概念。它完全满足
,即有 后续将介绍的 :实际上是一种特殊的几何概型,感兴趣的同学可以进行交叉参考
非负性:为 中的任一 ,因 且 ,故 规范性: 可加性:对于两个的 和 ,即 ,有:
这意味着几何概型是一种概率,因而也具备
。 (3)计算几何概型。下面来求出
的面积 以及事件 的面积 ,为了方便计算,我们将上图中的时间转为实数,如下图所示。 可以看出,
是边长为 的正方形区域,而事件 是该正方形去掉两侧小三角形的部分,因此:
从而两人会面的概率为:
这对应于下图中的大三角形区域
这对应于下图中的红色三角形区域
容易求出