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Statistics · real student question

一副 60 张的牌中有 5 张标记为 A,另有 23 张不同的牌标记为 B。无放回随机抽出 5 张,求这 5 张里至少含一张 A 且至少含一张 B 的概率。

Question

一副牌共 6060 张。其中恰有 55 张标记为 A,另有 2323 张不同的牌标记为 B(没有牌同时带两种标记)。无放回地随机抽出 5 张。

求抽出的 5 张牌中至少含一张 A 且至少含一张 B 的概率。

Step-by-step solution

  1. 先把牌分成三个互不相交的组。 两种标记不重叠,所以整副牌分成

    5 张标 A,23 张标 B,60−5−23=32 张无标记5\ \text{张标 A},\qquad 23\ \text{张标 B},\qquad 60-5-23=32\ \text{张无标记}

    后面每一次计数,都是从其中某一堆里选 55 张,而等可能的手牌总数是

    (605)=5,461,512\binom{60}{5}=5{,}461{,}512

  2. 改用补事件——「至少一张……且至少一张……」正面硬算太痛苦。 要一边数 11 张 A、22 张 A、33 张 A……一边同时盯着 B 的张数,那是个双重求和。不如令

    A={至少一张 A},B={至少一张 B}A=\{\text{至少一张 A}\},\qquad B=\{\text{至少一张 B}\}

    对补事件用容斥原理:

    P(A∩B)=1−P(Ac∪Bc)=1−P(Ac)−P(Bc)+P(Ac∩Bc)P(A\cap B)=1-P(A^c\cup B^c)=1-P(A^c)-P(B^c)+P(A^c\cap B^c)

    这三个补事件各自都只描述从单独一堆里抽牌,所以每个都只是一个组合数。+P(Ac∩Bc)+P(A^c\cap B^c) 这一项不能省:两种标记都没抽到的手牌被减了两次,必须加回来一次。

  3. 数没有 A 的手牌。 它们来自 60−5=5560-5=55 张非 A 牌:

    P(Ac)=(555)(605)=3,478,7615,461,512=0.63696P(A^c)=\frac{\binom{55}{5}}{\binom{60}{5}}=\frac{3{,}478{,}761}{5{,}461{,}512}=0.63696

  4. 数没有 B 的手牌。 它们来自 60−23=3760-23=37 张非 B 牌:

    P(Bc)=(375)(605)=435,8975,461,512=0.07981P(B^c)=\frac{\binom{37}{5}}{\binom{60}{5}}=\frac{435{,}897}{5{,}461{,}512}=0.07981

    这个概率很小,正是我们预期的合理性检查:6060 张里有 2323 张标 B,抽 5 张却一张都碰不到,本就应该是小概率事件。

  5. 数两种标记都没有的手牌。 这些只能从 3232 张无标记的牌里抽:

    P(Ac∩Bc)=(325)(605)=201,3765,461,512=0.03687P(A^c\cap B^c)=\frac{\binom{32}{5}}{\binom{60}{5}}=\frac{201{,}376}{5{,}461{,}512}=0.03687

  6. 合并。 把四个计数通分到公分母 (605)\binom{60}{5} 上:

    P(A∩B)=5,461,512−3,478,761−435,897+201,3765,461,512=1,748,2305,461,512P(A\cap B)=\frac{5{,}461{,}512-3{,}478{,}761-435{,}897+201{,}376}{5{,}461{,}512}=\frac{1{,}748{,}230}{5{,}461{,}512}

    P(A∩B)=0.32010≈32.0%P(A\cap B)=0.32010\approx32.0\%

  7. 拿粗略估计核对结果。 单看至少抓到一张 A 的概率是 1−0.63696=0.363041-0.63696=0.36304,单看至少一张 B 的概率是 1−0.07981=0.920191-0.07981=0.92019。若两事件独立,乘积应为 0.36304×0.92019=0.334060.36304\times0.92019=0.33406;真实答案 0.320100.32010 略低一些,这恰恰是对的——两个事件是轻微负相关的,因为 5 张手牌里被 A 占掉的位置,就是不能再放 B 的位置。

Answer

P=(605)−(555)−(375)+(325)(605)=17482305461512≈0.3201=32.0%P=\frac{\binom{60}{5}-\binom{55}{5}-\binom{37}{5}+\binom{32}{5}}{\binom{60}{5}}=\frac{1748230}{5461512}\approx0.3201=32.0\%

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