Edel:                              :            Hakemisto
 
      Harjoitustehtäviä. Todennäköisyys

 
Tuloperiaate
1. Lasten syntymäkuukaudet
Niemisen perheessä on kolme lasta, joista ketkään eivät ole keskenään kaksosia. Mikä on todennäköisyys, että 

a) kaikki kolme lasta ovat syntyneet eri kuukausina 
b) ainakin kaksi on syntynyt samassa kuussa ?

Ratkaisu 
Syntymiskuukaudet muodostavat kolmen kuukauden jonon esimerkiksi tammikuu, kesäkuu, tammikuu. 
Alkeistapauksiksi valitaan kaikki kolmen kuukauden jonot, joiden lukumäärät voidaan laskea tuloperiaatteella 
1. kuukausi 12 vaihtoehtoa, 2. kuukausi 12 vaihtoehtoa ja 3. kuukausi 12 vaihtoehtoa. Joten jonojen lukumääräksi saadaan 

a) Kun lasketaan tapahtumalle "kaikki lapset ovat syntyneet eri kuukausina" todennäköisyyttä, lasketaan suotuisten tapahtumien eli suotuisten jonojen lukumäärä samoin tuloperiaatteella 
1. kuukausi 12 vaihtoehtoa, 
2. kuukausi 11 vaihtoehtoa eli eri kuukautta kuin edellinen ja 
3. kuukausi 10 vaihtoehtoa eli eri kuukautta kuin edelliset. 
Suotuisia jonoja on siis kaikkiaan 12 * 11 * 10 = 1 320 jonoa. Todennäköisyys, että kaikki lapset ovat syntyneet eri kuukausina on siis P({kaikki lapset syntyneet eri kuukausina}) = 1 320 / 1 728 * 0,76 
b) Tapahtumalle "ainakin kaksi lasta on syntynyt samassa kuussa" suotuisia tapauksia ovat ne kolmen kuukauden jonot, joissa jokin kuukausi toistuu, kuten tehtävän ratkaisun alussa olevassa esimerkissä, missä lapset olivat syntyneet tammikuussa, kesäkuussa ja tammikuussa. 
Näiden suotuisien tapahtumien lukumäärä on kaikkien jonojen lukumäärästä vähennetään ne jonot, joissa kaikki lapset olivat syntyneet eri kuukausina. 
Toisin sanoen tämä tapahtuma on a-kohdan tapahtuman vastatapahtuma, joka saadaan P({Ainakin kaksi lasta on syntynyt samassa kuussa}) = 1 - P({Kaikki lapset ovat syntyneet eri kuussa}) 
Toisaalta ratkaisu voidaan laskea myös suotuisten tapahtumien lukumäärällä, joita tässä tapauksessa on 123 - (12 * 11 * 10) = 1 728 - 1 320 = 408, 
joten todennäköisyys, että ainakin kaksi lasta on syntynyt samassa kuussa on P({Ainakin kaksi lasta}) = 408 / 1 728 = 1 - (1 320 / 1 728) * 1 - 0,76 = 0,24 

 
              Edel:                              :            Hakemisto

2. Vedonlyönti 
Löisitkö vetoa sen puolesta, että 
a) kolmea noppaa heitettäessä kaikissa nopissa olisi eri silmäluvut 
b) kolmen vedetyn kortin joukossa olisi ainakin yksi kuvakortti (K, Q tai J)? 
Ratkaisu
a) Kolmen nopan heitto 
Kolmen nopan heiton silmäluvut muodostavat jonon esimerkiksi 1, 5, 3. Näitä kaikkia kolmen silmäluvun jonoja voidaan pitää alkeistapauksina. Kaikkiaan kolmen silmäluvun jonoja tulee 
1. silmäluku 6 vaihtoehtoa, 
2. silmäluku 6 vaihtoehtoa ja 
3. silmäluku 6.vaihtoehtoa eli 
kaikkiaan kolmen silmäluvun jonojen lukumääräksi tulee
                       6* 6* 6 = 216. 
Suotuisia alkeistapauksia ovat kolmen silmäluvun jonoista ne, joissa silmäluvut ovat erisuuria. Tällaisia jonoja on 
1.silmäluku 6 vaihtoehtoa, 
2.silmäluku 5 vaihtoehtoa (eri silmäluku kuin edellinen) ja 
3.silmäluku 4 vaihtoehtoa (eri silmälukua kuin edelliset) eli
                        6* 5* 4 = 120. 
Todennäköisyys, että kaikissa kolmessa nopassa on eri silmäluku on siis
                     P({kolmen nopan silmäluvut erisuuria}) = 120 : 216 * 0,56 > 0,50 
eli koska todennäköisyys on suurempi kuin 0,50 kannattaa lyödä kolmen eri suuren silmäluvun puolesta vetoa. 

b) Kolmen korttia muodostavat jonoa voidaan pitää alkeistapauksena.
Vastaavasti kuten a)-kohdassa näitä alkeistapauksia on kaikkiaan 
                           13* 13* 13 = 2 197. 
Suotuisia tapauksia tapahtumalle, että kaikki kolme korttia ovat muita kuin kuvakortteja on 
                            10* 10* 10 = 1 000. 
Todennäköisyys, että kaikki kolme korttia eivät ole kuvakortteja 
                      P({kolme ei-kuvakorttia}) = 1 000 : 2 197 * 0,46 
ja vastatapahtuman todennäköisyys on 
              P({ainakin yksi kuvakortti)} = 1 - P({kolme ei-kuvakorttia}) = 1 - 0,46 = 0,54 > 0,50 
joten kannattaa lyödä vetoa, että tulee vähintään yksi kuvakortti. 

Jos joukossa on n alkiota, sen alkiot voidaan järjestää jonoon n! eri tavalla. n! tarkoittaa sitä, että kun valitaan 
ensimmäinen alkio, meillä on valittavana n eri alkiota, 
toisen valintaan meillä n-1 eri alkioita 
ja niin edelleen aina viimeisen alkion valintaan saakka, 
jolloin meillä on enää 1 alkio valittavana, joka voidaan laittaa jonon jatkoksi. 
n! kutsutaan n:n kertomaksi, joka on n, n-1,...,2,1 tulo eli 4! = 4 × 3 × 2 × 1 
Tuloperiaatteen perusteella n:n alkion järjestysten lukumäärä, jota kutsutaan permutaatioiksi, on 
                                    n! = n× (n-1) × ... × 2 × 1 
Luvun 0 kertomaksi määritellään 0! = 1, koska 0-alkioisten joukon eli tyhjän joukon alkiolla on vain yksi järjestys. 
 


 
 

             Edel:                              :            Hakemisto

3.  Kuinka monella tavalla ? - järjestysten lukumäärä. Kotitehtävien tekeminen taululle.
Opiskeljan ryhmässä on neljä poikaa ja kolme tyttöä. Kotitehtävien tekijät taululle arvotaan. Millä todennäköisyydellä kaikki pojat pääsevät ensin taululle ja tytöt sen jälkeen ?
Ratkaisu 
Alkeistapauksiksi valitaan kaikki taululle meno järjestykset eli 
1. taululle menijälle on 7 vaihtoehtoa, 
2. taululle menijälle 6 vaihtoehtoa, 
... ja 
7. taululle menijälle on enää yksi vaihtoehto. 
Järjestysten lukumääräksi saadaan siis 7! = 7 * 6 * 5 * 4 * 3* 2 * 1 = 5 040, jotka kaikki alkeistapaukset ovat yhtä todennäköisiä. 
Suotuisia alkeistapauksia ovat ne, joissa pojat ovat ensin taululla ja sen jälkeen tulevat tytöt eli 
1.taululle menijälle on 4 vaihtoehtoa (poika), 
2.taululle menijälle 3 vaihtoehtoa (poika), 
3.taululle menijälle 2 vaihtoehtoa (poika), 
4.taululle menijälle 1 vaihtoehto, 
5.taululle menijälle 3 vaihtoehtoa (tyttö), 
6.taululle menijälle 2 vaihtoehtoa (tyttö) ja 
7.taululle menijälle 1 vaihtoehtoa (tyttö). 
Eli suotuisten järjestysten lukumääräksi tuloperiaatteen perusteella tulee 
                            4 * 3 * 2 * 1 * 3* 2 * 1 = 4! * 3! = 144 
eli kysytty todennäköisyys 
                            P({pojat ensin ja sitten tytöt}) = (4! * 3!) : 7! = 144 : 5 040 * 0,029 

 
 

             Edel:                              :            Hakemisto

4.   Osajoukkojen lukumäärä. Bridge-illan kokoonpanot
Bridge-iltaan on kutsuttu 8 henkilöä, mutta kahdelle kutsutulle tuli tärkeämpää tekemistä eivätkä siten päässeet peli-iltaan. Kerralla bridgepeliin voi osallistua 4 henkilöä, kuinka monta eri kokoonpanoa peliin saadaan mukaan?
Ratkaisu 
Valitaan pelaajat tulleiden 6 henkilön {a, b, c, d, e, f} joukosta 
1.pelaajan vaihtoehtoja on 6 . 
2.pelaajan valintaan mahdollisuuksia on 5, 
3.kolmannen pelaajan valintaan 4 ja 
4.pelaajan valintaan 3 vaihtoehtoa. 
Kuuden henkilön ryhmästä voidaan muodostaa 
6 * 5 * 4 * 3 = 360 erilaista neljän henkilön kokoonpanoa. 
Eri kokoonpanot voivat muodostua samoista pelaajista eli samat pelaajat voivat tulla valituksi usealla eri tavalla esimerkiksi 
a,b,d,e tai d,a,b,e tai e,d,b,a jne. 
Samoista neljästä pelaajasta voidaan muodostaa järjestyksiä 
4! = 4 * 3 * 2 * 1 = 24 erilaista.
Kokoonpanojen lukumäärä 360 on 24-kertaisena, joten erilaisten kokoonpanojen lukumäärä on 
360 : 24 = 15.
Tämä voidaan laskea käyttäen apuna binomikerrointa eli 

       Edel:                              :            Hakemisto

5.   Kuvakorttien todennäköisyys 
Otetaan tavallinen 52 pelikortin pakka. Mikä on todennäköisyys, että ottamalla satunnaisesti 
a) kortti, saadaan kuvakortti tai ässä, jota ei lasketa kuvakortteihin,
b) kaksi korttia, saadaan kaksi ruutua tai kaksi ässää ? 
Ratkaisu 
a) kuvakortti tai ässä 
Alkeistapauksia yhden kortin ottamiselle on 52 kappaletta. Suotuisia tapauksia, tapahtumalle joko kuvakortti tai ässä, on kuvakortille 12 ja ässälle 4. Koska ässiä ei lueta kuvakortteihin, suotuisia alkeistapauksia on n(suotuisat alkeistapaukset) = 12 + 4. 
Tällöin todennäköisyys, että saadaan joko kuvakortti tai ässä, jota ei lueta kuvakortteihin on 

b) kaksi ruutua tai kaksi ässää 
Alkeistapauksia on nyt kaikki 52:sta kortista otetut 2 kortin jonot eli ensimmäinen kortti voidaan valita 52:sta kortista ja toinen kortti 51:sta kortista. Alkeistapauksia on kaikkiaan 
Ruuduille suotuisia tapauksia ensimmäiselle kortille on 13 kappaletta eli se voidaan valita 13 ruutukortin joukosta ja toinen kortti voidaan valita loppujen 12 ruutukortin joukosta. Suotuisia alkeistapauksia on siis kaikkiaan 
Ässeille suotuisia tapauksia ensimmäisellä kortilla on 4 ja toisella kortilla 3 eli 
Korttipakkaan kuuluu myös ruutuässä, joka on sekä ruutu että ässä. Otettaessa suotuisiin tapauksiin mukaan kaikki ruudut ja kaikki ässät, tulee ruutuässä molempiin eli kahteen kertaan mukaan. Tällöin suotuisien alkeistapauksien joukosta on poistettava "toinen" ruutuässä.

Todennäköisyys, että saadaan molemmilla korteilla ruutu tai molemmilla korteilla ässä, on todennäköisyys saada kaksi ruutua tai todennäköisyys saada molemmilla ässä poislukien yksi ruutuässä eli 

Todennäköisyyslaskennan yhteenlaskusääntö on kahden tapahtuman A ja B tapauksessa 

Kun tapahtumat ovat erillisiä eli tapahtumat A ja B ovat toisensa poissulkevia eli A:lla ja B:lla ei ole yhteisiä alkeistapauksia, niin poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusäännöksi saadaan 

Yleisessä muodossa yhteenlaskusääntö erillisille tapahtumille on 

       Edel:                              :            Hakemisto

6.  Pysähtyminen liikennevaloissa 
Kauppamatkalla on kolmet jalankulkijan liikennevalot, joissa on vain punainen ja vihreä valoa. Ensimmäisessä liikennevalossa punainen palaa 60 % ajasta, toisessa liikennevalossa punainen palaa 40% ajasta ja kolmannessa punainen palaa 70 % ajasta. Liikennevalot ovat toisistaan riippumattomia. Mikä on todennäköisyys, että 
a) jalankulkija joutuu pysähtymään kaikissa kolmessa liikennevaloissa 
b) jalankulkijan ei tarvitse pysähtyä kauppaan mennessä liikevaloihin 
c) jalankulkija joutuu pysähtymään korkeintaan kerran liikennevaloissa 
d) jalankulkija joutuu pysähtymään korkeintaan kaksi kertaa liikennevaloissa 
Ratkaisu 
a) Todennäköisyys joutua pysähtymään kaikissa 
Koska liikennevalot toimivat toisistaan riippumattomasti, voidaan tapahtuman "kaikissa liikennevaloissa" todennäköisyys laskea kertolaskusäännön mukaan 
b) Todennäköisyys ei joudu pysähtymään 
Tapahtuman "ei joudu pysähtymään kertaakaan" tapahtuma vastaa tapahtumaa "kaikki liikennevalot ovat vihreällä" ja koska liikennevalojen toiminta oli riippumatonta toisista liikennevaloista, voidaan taas käyttää kertolaskusääntöä 
c) Todennäköisyys joutuu pysähtymään korkeintaan kerran 
Tapahtuma "korkeintaan kerran" koostuu kahdesta toisensa poissulkevasta tapahtumasta : 
Yhteenlaskusäännön perusteella saadaan 
"Ei kertaakaan" tapahtuman todennäköisyys on 
"Kerran" tapahtuma muodostuu kolmesta toisensa poissulkevasta tapahtumasta 
Yhteenlaskusäännön mukaan 

d) Todennäköisyys joutuu pysähtymään korkeintaan kaksi kertaa 
"Korkeintaan kaksi kertaa"- tapahtuma voidaan laskea sen vastatapahtumana oleva "kolme kertaa" avulla. 


 

                         Edel:                              :            Hakemisto

7.   Suoran y = kx - 2 kulmakerroin määritetään nopanheitolla. Millä todennäköisyydellä suora kohtaa
Ratkaisu
Suoran ja paraabelin yhteiset pisteet löytyvät yhtälöparista,
joten muodostetaan ensin yhtälöpari
Sijoitusmenetelmän käyttö tuottaa
Tällä on yksi tai kaksi ratkaisua,

Tämän ratkaisu on

Nopan pisteluvuista voivat tulla kysymykseen 3, 4, 5 tai 6.
Siis kysytty todennäköisyys on


 

                         Edel:                              :            Hakemisto

8.  Piste S valitaan sattumanvaraisesti ympyränsektorista, jonka keskuskulma on 120 astetta. Millä todennäköisyydellä se tulee valittua ko. sektorin sisään piirretystä ympyrästä ?
Ratkaisu
Sektorin ala on

Sektorin sisään piirretyn ympyrän säteen laskemiseksi käytetään erikoiskolmiota oheisen kuvion mukaisesti. Silloin saadaan yhtälö

josta sektorin sisään piirretyn ympyrän säteeksi tulee

Tämä sievenee laventamalla
Sisään piirretyn ympyrän ala on silloin
Kysytty todennäköisyys on nyt klassisen todennäköisyyden kaavan mukaisesti
(Voidaan puhua myös geometrisesta todennäköisyydestä.)
Tämä supistuu muotoon
josta saadaan laskimella 3-desimaalinen likiarvo P = 0.646.

 
 

                           Edel:                              :            Hakemisto

9.  Aloitteleva mäkihyppääjä kaatuu keskimäärin joka kymmenennen hyppynsä. Hän hyppää kuusi harjoitushyppyä. Millä todennäköisyydellä hän kaatuu ainakin kerran ?
Ratkaisu
Kaatumistodennäköisyys on
Sana "ainakin" viittaa komplementtisäännön käyttöön. Komplementtitapaus on se, ettei hän kaadu lainkaan.
Tämän todennäköisyys kuuden hypyn sarjassa on
Kysytty todennäköisyys on silloin

 

                         Edel:                              :            Hakemisto

10.   Ryhmän 20 opiskelijasta vain 16 on laskenut tietyn kotilaskun. Opettaja valitsee arpomalla 3 laskijaa. Millä todennäköisyydellä mukaan tulee ainakin yksi, joka ei ole laskenut tuota tehtävää ?
Ratkaisu
Sana "ainakin" viittaa komplementtisäännön käyttöön.
Komplementtitapaus on se, että kaikki ovat laskeneet tehtävän.
Kolme laskijaa voidaan valita 16:sta
Kolme laskijaa valitaan 20:stä
Siis komplementtitapauksen todennäköisyys on
Laskimella tämän arvoksi tulee
Kysytty todennäköisyys on silloin


 
 

                         Edel:                              :            Hakemisto

11.  Kolme ruotsinkielistä ja viisi suomenkielistä kirjaa asetetaan kirjahyllyyn. Kuinka monella eri tavalla kirjat voidaan asettaa hyllyyn, kun vaatimuksena on se, että samankielisten on oltava vierekkäin ?
Ratkaisu

Kolme kirjaa voidaan permutoida 3! ja viisi kirjaa 5! eri tavalla. Yksi suotuinen sarja (kuvio) voidaan permutoida 3!5! eri tavalla.

Suotuisia sarjoja on 6 kpl. Sen voi päätellä esim. siten, että siirretään suomenkielisiä yksitellen ruotsinkielisten oikealle puolelle. Näin ollen kaikkia mahdollisia tapoja järjestää kirjat vaaditulla tavalla
on yhteensä 6*3!*5! = 4320

 

                        Edel:                              :            Hakemisto

12.  Kuinka monella eri tavalla 9 videokasettia voidaan laittaa kirjahyllyyn, kun tietyt kaksi kasettia eivät saa joutua
vierekkäin ?
Ratkaisu

Kaikki 9 kasettia voidaan permutoida 9! eri tavalla. Edellisen tehtävän mukaisesti kasetit voidaan järjestää vierekkäin

                                                                    8*2!*7!  eri tavalla siten,

että tietyt kaksi ovat aina vierekkäin. Mutta näin ei saanut olla, joten kysyttyjä tapoja on

                                                                   9! - 8*2!*7! = 282240 kpl.
 


 

                         Edel:                              :            Hakemisto

13. Monivalintakokeessa 12 kysymystä, joista kussakin on neljä eri vaihtoehtoa ja yksi vaihtoehto on oikea. Hyväksyttyyn suorituksen vaaditaan vähintään puolet oikein. Opiskelija tietää vastauksen varmuudella neljään kysymykseen, mutta muut hän joutuu arvaamaan. Laske tn, että hän selviytyy tentistä.
Ratkaisu

Opiskelijan on saatava vähintään 6 oikeaa vastausta, joista jo 4 on varmoja. Hänen on siis tiedettävä vähintään 2 oikein aikaisempien oikeiden lisäksi. Sana "vähintään" johtaa käyttämään komplementtisääntöä. Vaaditun tapauksen komplementti on se, että opiskelija saa neljän oikean lisäksi 0 tai 1 oikein vastatessaan jäljellä olevaan 8 kysymykseen. Tämän todennäköisyyden laskemiseksi käytetään binomitodennäköisyyden kaavaa ja saadaan

Tämä sievenee  muotoon

josta laskin antaa likiarvoksi 0.3671. Siis kysytty todennäköisyys on P = 1 - 0.3671 = 0.6329. 

 

                          Edel:                              :            Hakemisto

17.  Espanjankielen kuuntelukokeessa jokaisella kysymyksellä
on neljä vastausvaihtoehtoa, joista vain yksi on oikea.
Yhden kysymyksen sanamuoto on niin epäselvä,
että kokelas joutuu arvaamaan.
Millä todennäköisyydellä enintään puolet kokelaista arvaa oikein tämän kysymyksen kohdalla ?
Tenttiin osallistuu kuusi opiskelijaa.
Ratkaisu

Enintään puolet opiskelijoista tarkoittaa tässä sitä,
että heitä on 0, 1, 2 tai 3. On syytä käyttää komplementtisääntöä,
jolloin väärin arvanneita opiskelijoita on 4, 5 tai 6.
Kysymyksessä on toistokoe,
joten käytetään binomitodennäköisyyden kaavaa. Kysytty tn on

Tämä sievenee ensin muotoon
josta saadaan edelleen

           Edel:                              Seuraava: Hakemisto

Hosted by uCoz