简说概率论

郑英元

(原载《数学教学》2011年第10期)

现实世界中出现在我们面前的常常有两种现象。一是确定性的,如明天早上太阳一定是从东方升起;另一是非确定性的,或者称为随机性的,如随手掷出一枚硬币,事先无法说出一定是正面朝上,还是反面朝上。 对于它们,我们只能说,出现某一结果的可能性(或者概率)有多大。对于这类随机性问题的理论与方法的研究就是数学新分支—概率论所要面对的问题。

对于概率问题的数学研究最初是从赌博问题开始。在17世纪,欧洲的宫廷贵族盛行掷骰子(图1)赌博。在赌博中出现许多有趣的问题。如: 甲乙两人轮流掷骰子赌博,各押赌金32金币,若甲先掷出3次6点, 或者乙先掷出3次4点,就算赢了对方。在赌博进行一段时间后,甲已掷出2次6点,乙也掷出1次4点。这时赌博因故中断,试问如何分配这32枚金币才公平。这些问题引起当时数学家帕斯卡(Blaise Pascal, 1623-1662,图2)的关注,他与他的好友数学家费马(见本刊2007年第12期)在通信中讨论了这些问题,并分别给出正确答案。而解决的办法就是后来被称为“数学期望”的概念。 数学期望是一次随机抽样中所期望的某随机变量的取值,是概率论中最基本的概念。从而大家公认帕斯卡和费马是创立概率论的先驱。

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图 1(左,英国,1989);图 2(右,法国,1944)

1713年瑞士数学家雅科布·贝努利(Jokob Bernoulli,1654-1705,图3)在他的《推测术》一书中首先提出“大数定律”,这是概率论历史上第一个极限定理。18世纪末以来, 各国数学家相继对概率论的发展作出了许多贡献,如: 德国的高斯给出正态分布函数与曲线(图4)、俄国的李亚普诺夫(Александр Михайлович Ляпунов,1857-1918,图5)研究了分布极限问题、 柯尔莫哥洛夫(А. Н. Колмогоров,1903-1987)建立了概率论的公理化体系等等。至今概率论已经广泛应用于数理统计、现代理论物理、气象学等许多科学领域。

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图 3(左,瑞士,1994);图 4(右,德国,1977)

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图 5(苏联,1957)

图6是苏联为纪念1986年在前苏联塔什干召开的“第一届世界数理统计与概率论大会”而发行的邮资信封。信封左面是概率论奠基人贝努利的头像和他所建立的极限定理。

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图 6(苏联邮资信封,1986)


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