4.6 Conditional Probabilities in Venn Diagrams

韦恩图中的条件概率 - 可视化条件概率计算

第4章 第4.6节 韦恩图中的条件概率
一、核心知识点

关键单词 Key Terms

韦恩图 Venn Diagram
条件概率 Conditional Probability
限制样本空间 Restricted Sample Space
重叠区域 Overlap Region
比例 Proportion
可视化 Visualization

1. 韦恩图中的条件概率

基本原理:条件概率在韦恩图中表现为限制样本空间后的比例关系。

公式:\( P(A|B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)} = \frac{\text{A和B的重叠区域}}{\text{B的总区域}} \)

理解:在韦恩图中,条件概率就是重叠区域占条件事件区域的比例。

2. 韦恩图绘制步骤

  • 绘制样本空间矩形
  • 绘制事件A和B的圆形
  • 标记重叠区域 \( A \cap B \)
  • 填入各区域的概率值
  • 计算条件概率

3. 条件概率的韦恩图表示

\( P(A|B) \):在B区域内,A发生的比例

\( P(B|A) \):在A区域内,B发生的比例

\( P(A'|B) \):在B区域内,A不发生的比例

\( P(A|B') \):在B'区域内,A发生的比例

4. 韦恩图优势

  • 直观显示事件关系
  • 便于理解条件概率
  • 简化复杂计算
  • 避免公式记忆错误
二、例题

例题1:基本韦恩图条件概率

题目:某班级50名学生中,30人喜欢数学,25人喜欢英语,15人两门都喜欢。已知一名学生喜欢数学,求他也喜欢英语的概率。

解答过程

步骤1:绘制韦恩图

• 样本空间:50名学生

• 数学:30人,英语:25人

• 交集:15人(两门都喜欢)

• 只喜欢数学:30 - 15 = 15人

• 只喜欢英语:25 - 15 = 10人

步骤2:计算条件概率

• \( P(\text{英语}|\text{数学}) = \frac{15}{30} = \frac{1}{2} \)

• 即在喜欢数学的30人中,有15人也喜欢英语

例题2:复杂条件概率

题目:从一副扑克牌中抽一张,已知抽到的是红桃,求抽到A的概率。

解答过程

步骤1:分析事件

• A:抽到A(4张)

• B:抽到红桃(13张)

• \( A \cap B \):红桃A(1张)

步骤2:韦恩图理解

• 在红桃区域内,只有1张是A

• \( P(A|B) = \frac{1}{13} \)

三、练习题

练习题1:韦恩图条件概率

某学校100名学生中,60人参加数学竞赛,40人参加英语竞赛,20人两个竞赛都参加。

a) 绘制韦恩图

b) 已知一名学生参加数学竞赛,求他也参加英语竞赛的概率

c) 已知一名学生参加英语竞赛,求他也参加数学竞赛的概率

d) 已知一名学生不参加数学竞赛,求他参加英语竞赛的概率

答题区域:

练习题2:扑克牌条件概率

从一副标准扑克牌中随机抽取一张牌,定义事件:

A:抽到红桃

B:抽到A

C:抽到K

a) 已知抽到红桃,求抽到A的概率

b) 已知抽到A,求抽到红桃的概率

c) 已知抽到红桃,求抽到K的概率

d) 已知抽到K,求抽到红桃的概率

答题区域:

练习题3:复杂韦恩图

某公司100名员工中,50人会英语,40人会法语,30人会德语,20人同时会英语和法语,15人同时会英语和德语,10人同时会法语和德语,5人三种语言都会。

a) 绘制三圆韦恩图

b) 已知一名员工会英语,求他也会法语的概率

c) 已知一名员工会英语,求他也会德语的概率

d) 已知一名员工会英语和法语,求他也会德语的概率

答题区域:

四、答案与解析

练习题1解答

解答过程:

韦恩图分析:

• 样本空间:100名学生

• 数学竞赛:60人,英语竞赛:40人

• 交集:20人(两个都参加)

• 只参加数学:60 - 20 = 40人

• 只参加英语:40 - 20 = 20人

• 都不参加:100 - (40 + 20 + 20) = 20人

条件概率计算:

• b) \( P(\text{英语}|\text{数学}) = \frac{20}{60} = \frac{1}{3} \)

• c) \( P(\text{数学}|\text{英语}) = \frac{20}{40} = \frac{1}{2} \)

• d) \( P(\text{英语}|\text{不数学}) = \frac{20}{40} = \frac{1}{2} \)

答案:b) 1/3;c) 1/2;d) 1/2

练习题2解答

解答过程:

事件分析:

• A:红桃(13张)

• B:A(4张:红桃A、黑桃A、梅花A、方块A)

• C:K(4张:红桃K、黑桃K、梅花K、方块K)

• \( A \cap B \):红桃A(1张)

• \( A \cap C \):红桃K(1张)

条件概率计算:

• a) \( P(B|A) = \frac{1}{13} \)

• b) \( P(A|B) = \frac{1}{4} \)

• c) \( P(C|A) = \frac{1}{13} \)

• d) \( P(A|C) = \frac{1}{4} \)

答案:a) 1/13;b) 1/4;c) 1/13;d) 1/4

练习题3解答

解答过程:

三圆韦恩图分析:

• 英语:50人,法语:40人,德语:30人

• 英语∩法语:20人,英语∩德语:15人,法语∩德语:10人

• 三种都会:5人

• 只英语:50 - 20 - 15 + 5 = 20人

• 只法语:40 - 20 - 10 + 5 = 15人

• 只德语:30 - 15 - 10 + 5 = 10人

条件概率计算:

• b) \( P(\text{法语}|\text{英语}) = \frac{20}{50} = \frac{2}{5} \)

• c) \( P(\text{德语}|\text{英语}) = \frac{15}{50} = \frac{3}{10} \)

• d) \( P(\text{德语}|\text{英语∩法语}) = \frac{5}{20} = \frac{1}{4} \)

答案:b) 2/5;c) 3/10;d) 1/4