Sannsynlighet: Forskjell mellom sideversjoner
m Endret beskyttelsesnivå for «Sannsynlighet» ([move=sysop] (ubestemt)) |
|||
(69 mellomliggende versjoner av 2 brukere er ikke vist) | |||
Linje 1: | Linje 1: | ||
== Innledning == | |||
Sannsynlighet er et ”nytt” fagområder i matematikk. Grunnlaget ble lagt av Fermat og Pascal i 1654 og utviklingen har fortsatt til langt ut på 1900 tallet. Sannsynlighet brukes i dag blant annet innen spillteori, forsikring og økonomi, medisin, moderne fysikk, for å nevne noen områder. Hendelser som kan forutsies kalles deterministiske. Hendelser vi ikke kan forutsi, som for eksempel utfallet av et terningkast, kalles tilfeldige forsøk. | |||
Sannsynlighet er et ”nytt” fagområder i matematikk. Grunnlaget ble lagt av [[Fermat]] og [[Pascal]] i 1654 og utviklingen har fortsatt til langt ut på 1900 tallet. Sannsynlighet brukes i dag blant annet innen spillteori, forsikring og økonomi, medisin, moderne fysikk, for å nevne noen områder. | |||
Hendelser som kan forutsies kalles <b>deterministiske</b>. Hendelser vi ikke kan forutsi, som for eksempel utfallet av et terningkast, kalles tilfeldige forsøk. | |||
Vi skal her befatte oss med hendelser vi ikke kan forutsi, men som vi allikevel prøver å si noe om. På engelsk heter sannsynlighet probability. Derfor bruker man bokstaven P som symbolet for sannsynlighet. | Vi skal her befatte oss med hendelser vi ikke kan forutsi, men som vi allikevel prøver å si noe om. På engelsk heter sannsynlighet probability. Derfor bruker man bokstaven P som symbolet for sannsynlighet. | ||
Linje 7: | Linje 11: | ||
”Sannsynligheten for regn i morgen” skrives P(regn i morgen). | ”Sannsynligheten for regn i morgen” skrives P(regn i morgen). | ||
”Sannsynligheten for å få terningkast seks” skrives P(6). | ”Sannsynligheten for å få terningkast seks” skrives P(6). Man kan også definer hendelsen for å få seks som A. Sannsynligheten for å få 6 øyner skrives da som P(A). | ||
== Utfallsrom == | |||
Hvor mange utfall kan et terningkast ha? En terning har seks flater med øyner fra en til seks, det betyr at utfallet vil være blant disse. Vi kaller alle mulige utfall for utfallsrommet. Et enkelt utfall vil være et element i utfallsrommet: | |||
= | U = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 } | ||
Ufallsrommet ved et myntkast vil være: U = {kron, mynt} | |||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | |||
<div align="center"><b>Utfallsrom:</b> Den mengden som inneholder alle hendelser (utfall) et forsøk kan ha</div> | |||
</div> | |||
== Eksperimentell sannsynlighet - relativ frekvens - hyppighet == | == Eksperimentell sannsynlighet - relativ frekvens - hyppighet == | ||
Hva er sjansen for å få fire øyner? Vi kan finne det ut på to måter, ved å gjennomføre mange | Hva er sjansen for å få fire øyner? Vi kan finne det ut på to måter, ved å gjennomføre mange terningkast, eller ved regning. | ||
Vi lar datamaskinen kaste terning for oss, det kalles å simulere terningkast. På 20 kast får maskinen 6 firere. Den relative frekvensen for | Vi lar datamaskinen kaste terning for oss, det kalles å simulere terningkast. På 20 kast får maskinen 6 firere. Den relative frekvensen for firere etter 20 kast er 6/20 = 0,3 eller 30%. Figur 1. viser fordelingen av øyner. | ||
[[Bilde:20kast.png]] | <div align="center">[[Bilde:20kast.png]] </div> | ||
'''Figur 1.:''' ''Figuren viser fordelingen av øyner etter 20 | '''Figur 1.:''' ''Figuren viser fordelingen av øyner etter 20 terningkast.'' | ||
Ut fra erfaring vil man kanskje forvente at sannsynligheten for å få firere skulle være den samme som å få treere eller femmere eller noe annet i utfallsrommet. Etter 20 terningkast kan man ikke trekke en slik konklusjon. | Ut fra erfaring vil man kanskje forvente at sannsynligheten for å få firere skulle være den samme som å få treere eller femmere eller noe annet i utfallsrommet. Etter 20 terningkast kan man ikke trekke en slik konklusjon. | ||
Linje 41: | Linje 48: | ||
Vi setter maskinen til å kaste en terning 10.000 ganger. Det gir følgende resultat: | Vi setter maskinen til å kaste en terning 10.000 ganger. Det gir følgende resultat: | ||
[[Bilde:10000kast.png]] | <div align="center">[[Bilde:10000kast.png]] </div> | ||
'''Figur 2.:''' ''Figuren viser fordelingen av øyner etter 10000 | |||
'''Figur 2.:''' ''Figuren viser fordelingen av øyner etter 10000 terningkast.'' | |||
Nå ser det ut til at sannsynligheten for fire øyner går mot et tall som ligger rundt 0,16 – 0,17, dvs. 16 – 17%. Man ser at | Nå ser det ut til at sannsynligheten for fire øyner går mot et tall som ligger rundt 0,16 – 0,17, dvs. 16 – 17%. Man ser at sannsynligheten for å få et annet antall øyner er nesten den samme. | ||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | |||
<div align="center">Sannsynligheten er lik den relative frekvens i det lange løp. </div> | |||
</div> | |||
Nå er ikke 10.000 det samme som "det lange løp", men tilstrekkelig til å se en tendens som bekreftes når vi behandler problemet teoretisk. | Nå er ikke 10.000 det samme som "det lange løp", men tilstrekkelig til å se en tendens som bekreftes når vi behandler problemet teoretisk. | ||
Linje 67: | Linje 80: | ||
Sannsynligheten kan altså presenteres som | Sannsynligheten kan altså presenteres som | ||
Brøk | [[Brøk]] <br> | ||
Desimalbrøk | [[Desimalbrøk]]<br> | ||
Prosent | [[Prosent]] <br> | ||
Presentasjonsformene er likeverdige. | Presentasjonsformene er likeverdige men det er en god vane å holde seg til den formen som er gitt i oppgaven, dersom noe annet ikke er spesifisert. | ||
Man forutsetter at sannsynligheten for å få et av de seks | Man forutsetter at sannsynligheten for å få et av de seks utfallene er den samme for alle utfall. Når det er slik sier vi at vi har en uniform sannsynlighet. | ||
En sannsynlighetsmodell for et tilfeldig forsøk gir sannsynligheten for hvert enkelt utfall i utfallsrommet. | En sannsynlighetsmodell for et tilfeldig forsøk gir sannsynligheten for hvert enkelt utfall i utfallsrommet. | ||
Sannsynligheten for alle utfall i utfallsrommet er til sammen 1. | Sannsynligheten for alle utfall i utfallsrommet er til sammen 1. | ||
Sannsynligheten for hvert enkelt utfall er mellom 0 og 1. | Sannsynligheten for hvert enkelt utfall er mellom 0 og 1. | ||
Om våre teoretiske sannsynlighetsmodeller er gode, er det kun utprøving som kan fortelle oss. | Om våre teoretiske sannsynlighetsmodeller er gode, er det kun utprøving som kan fortelle oss. | ||
== Uniform sannsynlighet == | == Uniform sannsynlighet == | ||
Linje 89: | Linje 100: | ||
Når vi har en uniform sannsynlighetsmodell er sannsynligheten for en hendelse A gitt ved: | Når vi har en uniform sannsynlighetsmodell er sannsynligheten for en hendelse A gitt ved: | ||
< | <div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | ||
</ | $$ P(A) = \frac{ \text{Antall gunstigen hendelser}}{\text{Antall mulige hendelser}} $$ | ||
</div> | |||
Linje 140: | Linje 152: | ||
I en klasse har noen elever spansk valgfag. Man skal velge ut en elev fra klassen, og definere hendelse A = ”elev har spansk valgfag”. Alle elever som ikke har spansk valgfag vil inngå i mengden som er komplementær til A. | I en klasse har noen elever spansk valgfag. Man skal velge ut en elev fra klassen, og definere hendelse A = ”elev har spansk valgfag”. Alle elever som ikke har spansk valgfag vil inngå i mengden som er komplementær til A. | ||
"ikke A" skrives slik: $\bar{A}$ | |||
Situasjonen kan se slik ut presentert i et Venndiagram: | Situasjonen kan se slik ut presentert i et Venndiagram: | ||
[[Bilde:komplementerehndelser.png]] | [[Bilde:komplementerehndelser.png]] | ||
I figuren over er $\bar{A} $ antall elever som IKKE har spansk. | |||
Vi har at | Vi har at | ||
< | <div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | ||
$$P(A)+P(\bar{A})=1$$ | |||
</div> | |||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #F8ADB6;"> | |||
Eks | |||
På en skole er sannsynligheten for at en elev har spansk 0,23. . Hva er sannsynligheten for å trekke ut en tilfelidig elev, som ikke har valgt spansk? | |||
$P(\overline{spansk}) = 1-0,23 = 0,77$ | |||
</div> | |||
== Union og snitt == | == Union og snitt == | ||
Linje 158: | Linje 189: | ||
[[Bilde:union.png]] | [[Bilde:union.png]] | ||
De som liker matematikk eller softis eller begge deler befinner seg i venndiagrammets hvite del, < | De som liker matematikk eller softis eller begge deler befinner seg i venndiagrammets hvite del, <math>A\cup B </math>.<br> | ||
Sannsynligheten for å trekke en person som liker softis eller matematikk, eller begge deler blir | Sannsynligheten for å trekke en person som liker softis eller matematikk, eller begge deler blir | ||
<br>< | <br><math>P(A\cup B) </math> | ||
----- | ----- | ||
Linje 168: | Linje 199: | ||
De som liker både matematikk og softis befinner seg i venndiagrammets gule del, | De som liker både matematikk og softis befinner seg i venndiagrammets gule del, | ||
< | <math>A\cap B </math>.<br> | ||
Sannsynligheten for å trekke en person som liker softis og matematikk blir | Sannsynligheten for å trekke en person som liker softis og matematikk blir | ||
< | <math>P(A\cap B) </math> | ||
== Disjunkte hendelser == | == Disjunkte hendelser == | ||
Linje 185: | Linje 216: | ||
Den generelle addisjonssetningen er gitt som: | Den generelle addisjonssetningen er gitt som: | ||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | |||
$$P(A\cup B) = P(A) + P(B) - P(A\cap B) $$ | |||
</div> | |||
< | <div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #F8ADB6;"> | ||
Eksempel | Eksempel | ||
Linje 213: | Linje 249: | ||
P(AUB) = P(A) + P(B) - P(A ∩ B) = 1/3 + ½ - 1/6 =4/6 = 2/3 | P(AUB) = P(A) + P(B) - P(A ∩ B) = 1/3 + ½ - 1/6 =4/6 = 2/3 | ||
</div> | |||
Man ser, både av venndiagrammet og av addisjonssetningen hvorfor man må trekke fra | Man ser, både av venndiagrammet og av addisjonssetningen hvorfor man må trekke fra | ||
P(A ∩ B). Dersom vi ikke hadde gjort det hadde vi regnet med elementet 2 en gang for mye. | P(A ∩ B). Dersom vi ikke hadde gjort det hadde vi regnet med elementet 2 en gang for mye. | ||
=== Addisjonssetningen for disjunkte hendelser === | === Addisjonssetningen for disjunkte hendelser === | ||
Disjunkte hendelser mangler noen felles elementer. Derfor blir addisjonssetningen for disjunkte hendelser:<br><br> | Disjunkte hendelser mangler noen felles elementer. Derfor blir addisjonssetningen for disjunkte hendelser:<br><br> | ||
< | |||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | |||
$$P(A\cup B) = P(A) + P(B) $$ | |||
</div> | |||
== Betinget sannsynlighet == | == Betinget sannsynlighet == | ||
Linje 238: | Linje 285: | ||
Man leser: "sannsynlighet for a gitt b". | Man leser: "sannsynlighet for a gitt b". | ||
Vi har P(A∩B) = P(B) ∙ P(A|B) | Vi har P(A∩B) = P(B) ∙ P(A|B) | ||
== Produktsetningen == | |||
Dersom hendelsene A og B skal inntreffe må først A inntreffe så må B inntreffe. Dersom sannsynligligheten for B er avhengig av om A inntreffer eller ikke, blir sannsynligheten for at A og B inntreffer: | |||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | |||
$$P(A \cap B) = P(A)\cdot P(B|A) $$ | |||
</div> | |||
== Uavhengige hendelser == | == Uavhengige hendelser == | ||
Linje 267: | Linje 321: | ||
Dersom man kaster en terning to ganger vil ikke resultatet fra første kast påvirke resultatet i andre kast. Hendelsene er uavhengige. Produktsetningen for uavhengige hendelser er: | Dersom man kaster en terning to ganger vil ikke resultatet fra første kast påvirke resultatet i andre kast. Hendelsene er uavhengige. Produktsetningen for uavhengige hendelser er: | ||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | |||
$$P(A \cap B) = P(A)\cdot P(B) $$ | |||
</div> | |||
Eksempel: | <div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #F8ADB6;"> | ||
<b>Eksempel:</b><br> | |||
Hva er sannsynligheten for å få tre øyner i første kast og seks øyner i andre kast, når en terning kastes to ganger? | Hva er sannsynligheten for å få tre øyner i første kast og seks øyner i andre kast, når en terning kastes to ganger? <br> | ||
Sannsynligheten blir P( 3 ∩ 6) = (1/6) ∙ (1/6) = 1/36 | Sannsynligheten blir P( 3 ∩ 6) = (1/6) ∙ (1/6) = 1/36 | ||
</div> | |||
== Valgtre == | == Valgtre == | ||
Linje 281: | Linje 342: | ||
Valgtre er i tilegg til venndiagram og kysstabell en grafisk måte å fremstille en situasjon på for å få oversikt over valgmuligheter og telling. | Valgtre er i tilegg til venndiagram og kysstabell en grafisk måte å fremstille en situasjon på for å få oversikt over valgmuligheter og telling. | ||
<div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #F8ADB6;"> | |||
Eks: | Eks: | ||
Linje 293: | Linje 357: | ||
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke spiller fotball: | Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke spiller fotball: | ||
< | <math> P( \bar A) = \frac{20}{30}= 0,66</math> | ||
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball: | Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball: | ||
< | <math> P(A) = \frac{10}{30}= 0,33</math> | ||
eller slik: | eller slik: | ||
< | <math> P(A) = 1 - P( \bar A)= 1 - \frac{20}{30}= 0,33</math> | ||
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball og driver friidrett: | Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball og driver friidrett: | ||
< | <math> P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B|A)= 0,33 \cdot 0,2 = 0,07</math> | ||
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball, men ikke driver friidrett: | Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball, men ikke driver friidrett: | ||
< | <math> P(A \cap \bar B) = P(A) \cdot P( \bar B|A)= 0,33 \cdot 0,8 = 0,27</math> | ||
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke spiller fotball, men driver friidrett: | Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke spiller fotball, men driver friidrett: | ||
< | <math> P(\bar A \cap B) = P(\bar A) \cdot P( B| \bar A)= 0,67 \cdot 0,15 = 0,10</math> | ||
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke driver med fotball eller friidrett: | Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke driver med fotball eller friidrett: | ||
< | <math> P(\bar A \cap \bar B) = P(\bar A) \cdot P( \bar B| \bar A)= 0,67 \cdot 0,85 = 0,57</math> | ||
Linje 326: | Linje 390: | ||
Tilnærmingen skyldes avrundingen i mellomregningen | Tilnærmingen skyldes avrundingen i mellomregningen | ||
</div> | |||
== Total sannsynlighet == | == Total sannsynlighet == | ||
Linje 336: | Linje 402: | ||
< | <math>P(B) = P(A \cap B)+ P(\bar A \cap B) = 0,07 + 0,10 = 0,17 </math> | ||
Dette kalles gjerne den totale sannsynlighet (for B). | |||
---- | |||
'''BAYES FORMEL (nedenfor) ER IKKE 1T PENSUM, DEN ER PENSUM I R1'''---- | |||
== Bayes formel == | == Bayes formel == | ||
Friidrett = B og fotball = A | Friidrett = B og fotball = A | ||
En elev driver friidrett . Hva er sannsynligheten for at eleven også spiller fotball? Vi ønsker å finne P(A | B). Vi har: | En elev driver friidrett. Hva er sannsynligheten for at eleven også spiller fotball? Vi ønsker å finne P(A | B). Vi har: | ||
P( fotball og friidrett ) = P (friidrett) · P ( fotball gitt friidrett ) | P( fotball og friidrett ) = P (friidrett) · P ( fotball gitt friidrett ) | ||
Linje 350: | Linje 422: | ||
Litt mer matematisk: | Litt mer matematisk: | ||
< | <math>P(A \cap B) = P(B) \cdot P(A|B) </math> | ||
er også det samme som <br> | er også det samme som <br> | ||
< | <math>P(B \cap A) = P(A) \cdot P(B|A) </math> | ||
Linje 361: | Linje 433: | ||
Setter man de to uttrykkene lik hverandre får man | Setter man de to uttrykkene lik hverandre får man | ||
<br> | <br> | ||
< | <math>P(A) \cdot P(B|A) = P(B) \cdot P(A|B) </math> | ||
<br> | <br> | ||
som gir: <br> | som gir: <br> | ||
< | |||
< | <div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #C9EFF8;"> | ||
</ | |||
<math> P(B|A) = \frac{P(B) \cdot P(A|B)}{P(A)} </math> | |||
</div> | |||
<br> | <br> | ||
Man har nå en sammenheng mellom en betinget sannsynlighet og den motsatte betingede sannsynligheten. Relasjonen eller formelen | Man har nå en sammenheng mellom en betinget sannsynlighet og den motsatte betingede sannsynligheten. Relasjonen eller formelen kalles for Bayes setning. | ||
< | <div style="padding: 1em; border: 1px blue; background-color: #F8ADB6;"> | ||
Eks: | Eks: | ||
<br> | <br> | ||
'''tidligere 2MX eksamensoppgave''' | '''tidligere 2MX eksamensoppgave''' | ||
<br> | <br> | ||
Livmorkreft er en kreftform som kan ramme voksne kvinner i alle aldere. Celleforandringer i livmorhalsen kan være forstadier til kreft. De kan påvises ved celleprøver. Kreftregisteret anbefaler alle kvinner mellom 25 og 69 år å ta en slik celleprøve hvert tredje år. Resultatene av | Livmorkreft er en kreftform som kan ramme voksne kvinner i alle aldere. Celleforandringer i livmorhalsen kan være forstadier til kreft. De kan påvises ved celleprøver. Kreftregisteret anbefaler alle kvinner mellom 25 og 69 år å ta en slik celleprøve hvert tredje år. Resultatene av slike celleprøver er likevel ikke helt sikre. Fra medisinske undersøkelser har en erfart at | ||
<br> | <br> | ||
-For en kvinne som har celleforandringer i livmorhalsen, vil en celleprøve avsløre det i 75% av tilfellene. | -For en kvinne som har celleforandringer i livmorhalsen, vil en celleprøve avsløre det i 75% av tilfellene. | ||
Linje 385: | Linje 460: | ||
-For kvinner som ikke har celleforandringer i livmorhalsen, vil en celleprøve likevel tyde på celleforandringer i 5% av tilfellene. | -For kvinner som ikke har celleforandringer i livmorhalsen, vil en celleprøve likevel tyde på celleforandringer i 5% av tilfellene. | ||
<br> | <br> | ||
Vi går ut fra at 3% av de | Vi går ut fra at 3% av de kvinner som tar celleprøver, faktisk har celleforandringer i livmorhalsen. Vi tar for oss en kvinne som tar celleprøven og innfører hendingene: | ||
<br> | <br> | ||
C: " Kvinnen har celleforandringer i livmorhalsen." | C: " Kvinnen har celleforandringer i livmorhalsen." | ||
Linje 398: | Linje 473: | ||
<br> | <br> | ||
< | <math>P(T \cap \bar C) = 0,05 </math><br><br> | ||
'''a)''' Finn < | '''a)''' Finn <math>P(C \cap T) </math> og <math>P(\bar C \cap T) </math> | ||
<br><br> | <br><br> | ||
< | <math>P(C \cap T) </math>er sannsynligheten for "celleforandring" OG "prøven tyder på celleforandring". Vi får | ||
<br><br> | <br><br> | ||
< | <math>P(C \cap T)= P(C) \cdot P(T|C)= 0,03 \cdot 0,75 = 0,0225</math><br> | ||
<br> | <br> | ||
eller 2,25% | eller 2,25% | ||
<br> | <br> | ||
<br> | <br> | ||
< | <math>P(\bar C \cap T) </math> er sannsynligheten for "ikke celleforandring " OG "prøven tyder på celleforandring". Vi | ||
får : | får : | ||
<br><br> | <br><br> | ||
< | <math>P(\bar C \cap T) = P( \bar C ) \cdot P(T| \bar C) = 0,97 \cdot 0,05 = 0,0485</math> | ||
<br><br><br> | <br><br><br> | ||
eller 4,85%<br><br><br> | eller 4,85%<br><br><br> | ||
'''b)''' Vis at P(T) = 0,071 | '''b)''' Vis at P(T) = 0,071 | ||
<br><br><br> | <br><br><br> | ||
T er hendelsen at prøven tyder på celleforandring. Man må huske på at hendelsen kan | T er hendelsen at prøven tyder på celleforandring. Man må huske på at hendelsen kan inntreffe både ved "celleforandring" og "ikke celleforandring". Man finner den totale sannsynlighet for T slik:<br><br><math>P(T)= P( \bar C \cap T) + P(C \cap T) = P( \bar C) \cdot P(T| \bar C) + P(C) \cdot P(C|T) = 0,0225 + 0,0485 = 0,071 </math><br> | ||
<br> | <br> | ||
Linje 424: | Linje 499: | ||
'''c)''' Gå ut fra at en celleprøve tyder på at en kvinne har celleforandringer i livmorhalsen. Hva er da sannsynligheten for at det virkelig er tilfelle? | '''c)''' Gå ut fra at en celleprøve tyder på at en kvinne har celleforandringer i livmorhalsen. Hva er da sannsynligheten for at det virkelig er tilfelle? | ||
<br> | <br> | ||
Her spørres det om | Her spørres det om sannsynligheten for celleendringer når testen indikerer dette, Altså P(C|T). Man observerer at dette er den omvendte betingede sannsynligheten, i forhold til P(T|C) som allerede er kjent. Siden både P(C) og P(T) er kjent kan man anvende Bayes setning og får:<br> | ||
<br> | <br> | ||
< | <math>P(C|T) = \frac{P(C) \cdot P(T|C)}{P(T)} = \frac{0,03 \cdot 0,75 }{0,071} = 0,32</math> | ||
<br><br>eller 32%<br><br> | <br><br>eller 32%<br><br> | ||
Linje 437: | Linje 512: | ||
Tenk deg at ti kvinner etter grundige undersøkelser har fått bekreftet at de har celleforandringer i livmorhalsen. | Tenk deg at ti kvinner etter grundige undersøkelser har fått bekreftet at de har celleforandringer i livmorhalsen. | ||
<br><br> | <br><br> | ||
'''d)''' Hva er sannsynligheten for at | '''d)''' Hva er sannsynligheten for at celleforandringene går over av seg selv for minst åtte av kvinnene? | ||
<br> | |||
<math> P(X=8)+ P(X=9) + P(X=10) = \left ({10}\\{8} \right) 0,6^8 \cdot 0,4^2 + \left ({10}\\{9} \right) 0,6^9 \cdot 0,4^1 + | |||
= \left ({10}\\{10} \right)0,6^{10} \cdot 0,4^0 = <br>0,12 + 0,04 + 0,01 = 0,17</math> | |||
</div> | |||
---- | |||
[[Kategori: | [[kategori:lex]] | ||
[[Kategori:1T]] | |||
[[Kategori:R1]] | |||
[[Kategori:Ped]] |
Siste sideversjon per 21. okt. 2019 kl. 12:44
Innledning
Sannsynlighet er et ”nytt” fagområder i matematikk. Grunnlaget ble lagt av Fermat og Pascal i 1654 og utviklingen har fortsatt til langt ut på 1900 tallet. Sannsynlighet brukes i dag blant annet innen spillteori, forsikring og økonomi, medisin, moderne fysikk, for å nevne noen områder.
Hendelser som kan forutsies kalles deterministiske. Hendelser vi ikke kan forutsi, som for eksempel utfallet av et terningkast, kalles tilfeldige forsøk.
Vi skal her befatte oss med hendelser vi ikke kan forutsi, men som vi allikevel prøver å si noe om. På engelsk heter sannsynlighet probability. Derfor bruker man bokstaven P som symbolet for sannsynlighet.
”Sannsynligheten for regn i morgen” skrives P(regn i morgen).
”Sannsynligheten for å få terningkast seks” skrives P(6). Man kan også definer hendelsen for å få seks som A. Sannsynligheten for å få 6 øyner skrives da som P(A).
Utfallsrom
Hvor mange utfall kan et terningkast ha? En terning har seks flater med øyner fra en til seks, det betyr at utfallet vil være blant disse. Vi kaller alle mulige utfall for utfallsrommet. Et enkelt utfall vil være et element i utfallsrommet:
U = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 }
Ufallsrommet ved et myntkast vil være: U = {kron, mynt}
Eksperimentell sannsynlighet - relativ frekvens - hyppighet
Hva er sjansen for å få fire øyner? Vi kan finne det ut på to måter, ved å gjennomføre mange terningkast, eller ved regning.
Vi lar datamaskinen kaste terning for oss, det kalles å simulere terningkast. På 20 kast får maskinen 6 firere. Den relative frekvensen for firere etter 20 kast er 6/20 = 0,3 eller 30%. Figur 1. viser fordelingen av øyner.
Figur 1.: Figuren viser fordelingen av øyner etter 20 terningkast.
Ut fra erfaring vil man kanskje forvente at sannsynligheten for å få firere skulle være den samme som å få treere eller femmere eller noe annet i utfallsrommet. Etter 20 terningkast kan man ikke trekke en slik konklusjon.
Vi setter maskinen til å kaste en terning 10.000 ganger. Det gir følgende resultat:
Figur 2.: Figuren viser fordelingen av øyner etter 10000 terningkast.
Nå ser det ut til at sannsynligheten for fire øyner går mot et tall som ligger rundt 0,16 – 0,17, dvs. 16 – 17%. Man ser at sannsynligheten for å få et annet antall øyner er nesten den samme.
Nå er ikke 10.000 det samme som "det lange løp", men tilstrekkelig til å se en tendens som bekreftes når vi behandler problemet teoretisk.
Teoretisk sannsynlighet
Utfallsrommet viser oss at det er seks mulige utfall når vi kaster en terning. Vi er bare interessert i å få en firer. Bare en av seks muligheter gir en firer. Det betyr at sannsynligheten for å få en firer i et kast er 1/6 eller 0,167 eller 16,7%. Vi kan skrive det slik:
P (4) = 1/6 = 0,167 = 16,7%
Sannsynligheten kan altså presenteres som
Brøk
Desimalbrøk
Prosent
Presentasjonsformene er likeverdige men det er en god vane å holde seg til den formen som er gitt i oppgaven, dersom noe annet ikke er spesifisert.
Man forutsetter at sannsynligheten for å få et av de seks utfallene er den samme for alle utfall. Når det er slik sier vi at vi har en uniform sannsynlighet.
En sannsynlighetsmodell for et tilfeldig forsøk gir sannsynligheten for hvert enkelt utfall i utfallsrommet. Sannsynligheten for alle utfall i utfallsrommet er til sammen 1. Sannsynligheten for hvert enkelt utfall er mellom 0 og 1. Om våre teoretiske sannsynlighetsmodeller er gode, er det kun utprøving som kan fortelle oss.
Uniform sannsynlighet
Når sannsynligheten er den samme for alle elementer i utfallsrommet sier man at sannsynligheten er uniform – uniform sannsynlighet.
Når vi har en uniform sannsynlighetsmodell er sannsynligheten for en hendelse A gitt ved:
$$ P(A) = \frac{ \text{Antall gunstigen hendelser}}{\text{Antall mulige hendelser}} $$
Hva er sannsynligheten for å få en femmer eller en sekser i et terningkast? Sannsynligheten for å få en femmer er 1/6 og sannsynligheten for å få en sekser er 1/6. Sannsynligheten for femmer eller sekser blir da:
P(5 eller 6) = P(5) + P(6) = 1/6 + 1/6 = 1/3
Venndiagram
Et venndiagram er en grafisk fremstilling av en eller flere mengder, og eventuelle delmengder. Størrelsen av arealet i diagrammet har ingen matematisk betydning.
Eksempel:
I en klasse på 20 elever har 4 elever spansk og 12 elever fysikk. 2 elever har begge deler. Denne situasjonen kan fremstilles i et Venndiagram:
Et venndiagram kan skape klarhet i situasjonen: 6 elever (blå) har ikke spansk eller fysikk. 2 elever har både fysikk og spansk. 4 (2+2) elever har spansk og 12 elever har fysikk. 10 av disse har ikke spansk. Det totale antall elever er 20. En feil som ofte gjøres er at de elementer som er med i flere mengder (spansk og fysikk) telles to (eller flere) ganger.
Krysstabell
Situasjonen med elever i spansk og fysikk kan også presenteres i form av en krysstabell. Da ser det slik ut:
Poenget med begge presentasjonsformer (og med valgtre som kommer lenger nede på siden) er å systematisere ved utvelgelse, slik at det blir lettere å se hva som er gunstig av antall mulige.
Komplementære hendelser
I en klasse har noen elever spansk valgfag. Man skal velge ut en elev fra klassen, og definere hendelse A = ”elev har spansk valgfag”. Alle elever som ikke har spansk valgfag vil inngå i mengden som er komplementær til A.
"ikke A" skrives slik: $\bar{A}$
Situasjonen kan se slik ut presentert i et Venndiagram:
I figuren over er $\bar{A} $ antall elever som IKKE har spansk.
Vi har at
$$P(A)+P(\bar{A})=1$$
Eks
På en skole er sannsynligheten for at en elev har spansk 0,23. . Hva er sannsynligheten for å trekke ut en tilfelidig elev, som ikke har valgt spansk?
$P(\overline{spansk}) = 1-0,23 = 0,77$
Union og snitt
Union og snitt er begreper som kommer fra mengdelæren. Eksempelvis er A alle som liker matematikk og B er de som liker softis.
Union mellom A og B er da som liker is ELLER de som liker matematikk ELLER de som liker begge deler. Union symboliseres med U.
De som liker matematikk eller softis eller begge deler befinner seg i venndiagrammets hvite del, <math>A\cup B </math>.
Sannsynligheten for å trekke en person som liker softis eller matematikk, eller begge deler blir
<math>P(A\cup B) </math>
A snitt B er de som liker matematikk OG softis. Symbolet er ∩ og det kan se slik ut i et Venndiagram:
De som liker både matematikk og softis befinner seg i venndiagrammets gule del,
<math>A\cap B </math>.
Sannsynligheten for å trekke en person som liker softis og matematikk blir
<math>P(A\cap B) </math>
Disjunkte hendelser
A og B er disjunkte mengder fordi ingen elementer er felles. Dersom A er personer som liker is og B er personer som liker brus er det i denne mengden ingen personer som liker både brus og is. Det er imidlertid en gruppe (blått) som liker verken is eller brus.
Siden A og B ikke har noen felles elementer skriver vi A ∩ B = Ø. Tegnet Ø betyr den tomme mengde.
Addisjonssetningen
Den generelle addisjonssetningen er gitt som:
$$P(A\cup B) = P(A) + P(B) - P(A\cap B) $$
Eksempel
Vi kaster en terning en gang. Hendelsen øyner mindre eller lik to kaller vi A, A={1,2}. Hendelsen partall kaller vi B, B = {2,4,6}
I et venndiagram ser det slik ut:
Sannsynligheten for A blir P(A) = 2/6 = 1/3
Sannsynligheten for B blir P (B) = 3/6 = ½
Sannsynligheten for A ∩ B blir P(A ∩ B) = 1/6, fordi mengden inneholder ett av utfallsrommets seks elementer.
Hva er sannsynligheten for A U B?
Vi bruker addisjonssetningen og får: P(AUB) = P(A) + P(B) - P(A ∩ B) = 1/3 + ½ - 1/6 =4/6 = 2/3
Man ser, både av venndiagrammet og av addisjonssetningen hvorfor man må trekke fra
P(A ∩ B). Dersom vi ikke hadde gjort det hadde vi regnet med elementet 2 en gang for mye.
Addisjonssetningen for disjunkte hendelser
Disjunkte hendelser mangler noen felles elementer. Derfor blir addisjonssetningen for disjunkte hendelser:
$$P(A\cup B) = P(A) + P(B) $$
Betinget sannsynlighet
Med betinget sannsynlighet menes sannsynligheten for en hendelse når man har opplysninger om at en annen hendelse allerede har inntruffet.
Sannsynligheten for hendelse A gitt at hendelse B har inntruffet skrives:
P(A|B)
Man leser: "sannsynlighet for a gitt b". Vi har P(A∩B) = P(B) ∙ P(A|B)
Produktsetningen
Dersom hendelsene A og B skal inntreffe må først A inntreffe så må B inntreffe. Dersom sannsynligligheten for B er avhengig av om A inntreffer eller ikke, blir sannsynligheten for at A og B inntreffer:
$$P(A \cap B) = P(A)\cdot P(B|A) $$
Uavhengige hendelser
To hendelser A og B er uavhengige dersom
P(A) = P(A|B), som fører til uavhengighetskriteriet:
P(A∩B) = P(A) ∙ P(B)
Uavhengige hendelser forveksles av og til med disjunkte hendelser. For disjunkte hendelser gjelder
P(A∩B) = 0
Produktsetningen for uavhengige hendelser
Dersom man kaster en terning to ganger vil ikke resultatet fra første kast påvirke resultatet i andre kast. Hendelsene er uavhengige. Produktsetningen for uavhengige hendelser er:
$$P(A \cap B) = P(A)\cdot P(B) $$
Eksempel:
Hva er sannsynligheten for å få tre øyner i første kast og seks øyner i andre kast, når en terning kastes to ganger?
Sannsynligheten blir P( 3 ∩ 6) = (1/6) ∙ (1/6) = 1/36
Valgtre
Valgtre er i tilegg til venndiagram og kysstabell en grafisk måte å fremstille en situasjon på for å få oversikt over valgmuligheter og telling.
Eks:
I en gruppe på 30 spiller 10 personer fotball (A). I den samme gruppen driver 5 personer friidrett (B). To personer bedriver begge deler. Det leder til følgende valgtre:
Vi finner følgende sannsynligheter:
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke spiller fotball:
<math> P( \bar A) = \frac{20}{30}= 0,66</math>
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball:
<math> P(A) = \frac{10}{30}= 0,33</math>
eller slik:
<math> P(A) = 1 - P( \bar A)= 1 - \frac{20}{30}= 0,33</math>
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball og driver friidrett:
<math> P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B|A)= 0,33 \cdot 0,2 = 0,07</math>
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev spiller fotball, men ikke driver friidrett:
<math> P(A \cap \bar B) = P(A) \cdot P( \bar B|A)= 0,33 \cdot 0,8 = 0,27</math>
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke spiller fotball, men driver friidrett:
<math> P(\bar A \cap B) = P(\bar A) \cdot P( B| \bar A)= 0,67 \cdot 0,15 = 0,10</math>
Sannsynligheten for at en tilfeldig elev ikke driver med fotball eller friidrett:
<math> P(\bar A \cap \bar B) = P(\bar A) \cdot P( \bar B| \bar A)= 0,67 \cdot 0,85 = 0,57</math>
Man observer at summen av sannsynlighetene på hver enkelt gren av treet blir lik 1.
Tilnærmingen skyldes avrundingen i mellomregningen
Total sannsynlighet
Treet over gir oss sannsynligheten for å velge ut en fotballspiller direkte. Dersom man ønsker å finne sannsynligheten for å trekke ut en friidrettsutøver, uavhengig av fotball, er ikke det fullt så åpenbart.
Sannsynligheten for å velge en person som driver friidrett er på grenene "fotball og friidrett" og "ikke fotball og friidrett". Litt mer matematisk blir sannsynligheten slik:
<math>P(B) = P(A \cap B)+ P(\bar A \cap B) = 0,07 + 0,10 = 0,17 </math>
Dette kalles gjerne den totale sannsynlighet (for B).
BAYES FORMEL (nedenfor) ER IKKE 1T PENSUM, DEN ER PENSUM I R1----
Bayes formel
Friidrett = B og fotball = A En elev driver friidrett. Hva er sannsynligheten for at eleven også spiller fotball? Vi ønsker å finne P(A | B). Vi har:
P( fotball og friidrett ) = P (friidrett) · P ( fotball gitt friidrett )
Litt mer matematisk:
<math>P(A \cap B) = P(B) \cdot P(A|B) </math>
er også det samme som
<math>P(B \cap A) = P(A) \cdot P(B|A) </math>
Setter man de to uttrykkene lik hverandre får man
<math>P(A) \cdot P(B|A) = P(B) \cdot P(A|B) </math>
som gir:
<math> P(B|A) = \frac{P(B) \cdot P(A|B)}{P(A)} </math>
Man har nå en sammenheng mellom en betinget sannsynlighet og den motsatte betingede sannsynligheten. Relasjonen eller formelen kalles for Bayes setning.
Eks:
tidligere 2MX eksamensoppgave
Livmorkreft er en kreftform som kan ramme voksne kvinner i alle aldere. Celleforandringer i livmorhalsen kan være forstadier til kreft. De kan påvises ved celleprøver. Kreftregisteret anbefaler alle kvinner mellom 25 og 69 år å ta en slik celleprøve hvert tredje år. Resultatene av slike celleprøver er likevel ikke helt sikre. Fra medisinske undersøkelser har en erfart at
-For en kvinne som har celleforandringer i livmorhalsen, vil en celleprøve avsløre det i 75% av tilfellene.
-For kvinner som ikke har celleforandringer i livmorhalsen, vil en celleprøve likevel tyde på celleforandringer i 5% av tilfellene.
Vi går ut fra at 3% av de kvinner som tar celleprøver, faktisk har celleforandringer i livmorhalsen. Vi tar for oss en kvinne som tar celleprøven og innfører hendingene:
C: " Kvinnen har celleforandringer i livmorhalsen."
T: "Celleprøven tyder på at kvinnen har celleforandringer i livmorhalsen."
Opplysningene over gir disse sannsynlighetene
P(C) = 0,03
P(T|C) = 0,75
<math>P(T \cap \bar C) = 0,05 </math>
a) Finn <math>P(C \cap T) </math> og <math>P(\bar C \cap T) </math>
<math>P(C \cap T) </math>er sannsynligheten for "celleforandring" OG "prøven tyder på celleforandring". Vi får
<math>P(C \cap T)= P(C) \cdot P(T|C)= 0,03 \cdot 0,75 = 0,0225</math>
eller 2,25%
<math>P(\bar C \cap T) </math> er sannsynligheten for "ikke celleforandring " OG "prøven tyder på celleforandring". Vi
får :
<math>P(\bar C \cap T) = P( \bar C ) \cdot P(T| \bar C) = 0,97 \cdot 0,05 = 0,0485</math>
eller 4,85%
b) Vis at P(T) = 0,071
T er hendelsen at prøven tyder på celleforandring. Man må huske på at hendelsen kan inntreffe både ved "celleforandring" og "ikke celleforandring". Man finner den totale sannsynlighet for T slik:
<math>P(T)= P( \bar C \cap T) + P(C \cap T) = P( \bar C) \cdot P(T| \bar C) + P(C) \cdot P(C|T) = 0,0225 + 0,0485 = 0,071 </math>
c) Gå ut fra at en celleprøve tyder på at en kvinne har celleforandringer i livmorhalsen. Hva er da sannsynligheten for at det virkelig er tilfelle?
Her spørres det om sannsynligheten for celleendringer når testen indikerer dette, Altså P(C|T). Man observerer at dette er den omvendte betingede sannsynligheten, i forhold til P(T|C) som allerede er kjent. Siden både P(C) og P(T) er kjent kan man anvende Bayes setning og får:
<math>P(C|T) = \frac{P(C) \cdot P(T|C)}{P(T)} = \frac{0,03 \cdot 0,75 }{0,071} = 0,32</math>
eller 32%
Man observerer at selv om testen er positiv er det 32% sjanse for at kvinnen er frisk.
Dersom en celleprøve tyder på at en kvinne har celleforandringer i livmorhalsen, vil legen hennes følge opp med flere undersøkelser for å avgjøre om det virkelig er tilfellet. Selv om det viser seg at hun faktisk har celleforandringer, trenger det ikke være så alvorlig.
60% av slike celleforandringer går over av seg selv, mens resten kan behandles med et relativt enkelt inngrep.
Tenk deg at ti kvinner etter grundige undersøkelser har fått bekreftet at de har celleforandringer i livmorhalsen.
d) Hva er sannsynligheten for at celleforandringene går over av seg selv for minst åtte av kvinnene?
<math> P(X=8)+ P(X=9) + P(X=10) = \left ({10}\\{8} \right) 0,6^8 \cdot 0,4^2 + \left ({10}\\{9} \right) 0,6^9 \cdot 0,4^1 +
= \left ({10}\\{10} \right)0,6^{10} \cdot 0,4^0 =
0,12 + 0,04 + 0,01 = 0,17</math>