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从花瓶中摸弹珠

花瓶里有 5 颗红色弹珠和 4 颗蓝色弹珠。你不看花瓶,一颗接一颗地摸出两颗,摸出的第一颗不放回。两颗都是红色的概率是多少?第一颗是红色的概率是 5/9。这时还剩 8 颗弹珠,其中 4 颗是红色,所以第二颗是红色的概率是 4/8。合起来:5/9 × 4/8 = 20/72 = 5/18,约 27.8%。 点击花瓶,不看就摸出一颗弹珠。不放回时,每拿出一颗弹珠,剩下的弹珠就会改变,所以下一颗是某种颜色的概率也随之改变。树状图显示摸球的所有可能情况:沿一条分支把概率相乘,再把回答问题的分支加起来。按“自动摸球”摸 1,000 轮,看“是”的比例逐渐稳定在树状图算出的概率上。

它是如何运作的

  1. 点击花瓶:一颗弹珠被摸出来,落进第一个小碟,树状图点亮对应的分支。
  2. 再点击一次摸出第二颗,看看当时每种颜色还剩几颗,以及那时摸到红色的概率是多少。
  3. 按“自动摸球”摸 1,000 轮,看“是”的比例逐渐稳定在 5/18 ≈ 27.8%。

不放回摸球

每拿出一颗弹珠,它就不再回到花瓶里。花瓶里的弹珠越来越少,组成也随之改变,所以第二颗的概率取决于第一颗。第一颗是红色后,剩下的 8 颗中有 4 颗是红色:4/8。第一颗是蓝色后,8 颗中有 5 颗是红色:5/8。两次摸球不是相互独立的,树状图每条分支上的概率都是条件概率:在已经摸出的颜色的条件下,摸到这种颜色的概率。

沿分支相乘

树状图中一条路径的概率,等于它各条分支上概率的乘积:先红后红是 5/9 × 4/8 = 20/72。这就是乘法公式:P(A 且 B) = P(A) × P(B 已知 A)。红红、红蓝、蓝红、蓝蓝四条路径的概率分别是 20/72、20/72、20/72 和 12/72,合起来是 72/72 = 1,因为总会发生其中一种。

把符合的路径加起来

像“两颗弹珠颜色相同吗?”这样的问题,不止一条路径回答“是”:红红和蓝蓝。把它们的概率相加:20/72 + 12/72 = 32/72 = 4/9。如果大多数路径都符合,减去不符合的路径会更快:至少一颗红色的概率是 1 − 12/72 = 60/72 = 5/6。应用会为每个问题显示计算过程。

有放回摸球

每次都把弹珠放回去,每次摸球时的花瓶就都一样:这时两颗都是红色的概率是 5/9 × 5/9 = 25/81 ≈ 30.9%,比 27.8% 略大。两次摸球相互独立。花瓶越大,差别越小:有 10 颗红色和 10 颗蓝色时,两颗都是红色的概率不放回是 9/38 ≈ 23.7%,有放回是 25%。在只有 2 颗红色和 2 颗蓝色的小花瓶里,差别就很大:两颗同色的概率不放回是 1/3,有放回是 1/2。

常见问题

从 5 颗红色和 4 颗蓝色弹珠中摸出两颗红色的概率是多少?

第一颗不放回:5/9 × 4/8 = 20/72 = 5/18,约 27.8%。第一颗放回:5/9 × 5/9 = 25/81,约 30.9%。

有放回和不放回有什么区别?

有放回时,每次都从同样的花瓶里摸,各次摸球相互独立,概率保持不变。不放回时,每摸一次花瓶就会变化,所以每次的概率都取决于之前摸到了什么。

为什么在树状图中要把概率相乘?

因为第二个概率是第一个概率中的一部分。在所有轮次中,有 5/9 以红色弹珠开始,其中又有 4/8 接着摸到第二颗红色:九分之五的一半是 5/18。

摸球的顺序重要吗?

对某种组合的概率来说不重要。先红后蓝和先蓝后红的概率都是 20/72(5/9 × 4/8 和 4/9 × 5/8):同样的数,只是相乘的顺序不同。恰好一颗红色是这两条路径之和:40/72 = 5/9。

这会上传什么吗?

不会。一切都在你浏览器里的画布上计算和绘制。保存会下载 PNG。编辑会在 PictorX 编辑器中打开那张图。

准备好尝试了吗?

在浏览器中打开 PictorX — 无需安装,无需信用卡即可启动。

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