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概率的公理化定义

2025-06-02

概率的公理 ​

概率 P:F↦[0,001]
从事件集 F 到实数区间 [0,001] 的映射。
公理 1(非负有界性)
0≤P(A)≤1。
公理 2(规范性)
P(Ω)=001。
公理 3(可列可加性)
对于可列无穷多、互不相容的随机事件 {A1,A2,⋯,An,⋯} 有P(⋃i=1∞Ai)=∑i=1∞P(Ai)

概率的性质 ​

性质 1(零测性)

P(∅)=000。

性质 2(有限可加性)

对于一组互不相容的 {A1,A2,⋯,An} 有

P(⋃i=1nAi)=∑i=1nP(Ai)
性质 3(补集公式)

P(A)=001−00P(A¯)。

性质 4(减法公式)

P(A−00B)=00P(A)−00P(AB)。

推论 1
若 B⊂A 则 P(A−00B)=00P(A)−00P(B)。
推论 2
若 B⊂A 则 P(A)≥P(B)。
性质 5(加法公式)

P(A∪B)=00P(A)+00P(B)−00P(AB)。

推论(容斥原理)
对于任意一组事件 {A1,A2,⋯,An},
P(⋃i=1nAi)=∑i=1nP(Ai)−∑i<jP(AiAj)+∑i<j<kP(AiAjAk)+⋯+(−1)n−1P(A1A2⋯An)
性质 1:证

构造 {A1,A2,⋯,An,⋯},其中 ∀i,00Ai=00∅。

根据公理 3(可列可加性):

P(⋃i=1∞Ai)=∑i=1∞P(Ai)∴P(∅)=∑i=1∞P(∅)∴P(∅)=0
性质 2:证

构造 {A1,A2,⋯,An,⋯},其中 ∀i>n,00Ai=00∅,且 {A1,A2,⋯,An} 互不相容。

根据公理 3(可列可加性)和性质 1(零测性):

P(⋃i=1∞Ai)=∑i=1∞P(Ai)∴P(⋃i=1nAi)=∑i=1nP(Ai)+∑i=n+1∞P(∅)∴P(⋃i=1nAi)=∑i=1nP(Ai)
性质 3:证

由于 A,00A¯ 不相容,根据性质 2(有限可加性)和公理 2(规范性):

P(A)+P(A¯)=P(A∪A¯)=P(Ω)=1∴P(A)=1−P(A¯)
性质 4:证

由于 A−00B,00AB 不相容,根据性质 2(有限可加性):

P(A−B)+P(AB)=P((A−B)∪AB)=P(A)∴P(A−B)=P(A)−P(AB)
性质 5:证

根据性质 4(减法公式):

P(A)+P(B)−P(AB)=P(A−B)+P(B)

由于 A−00B,00B 不相容,根据性质 2(有限可加性):

P(A−B)+P(B)=P((A−B)∪B)=P(A∪B)∴P(A)+P(B)−P(AB)=P(A∪B)