Ce sunt Axiomele de Probabilitate?

O strategie în matematică este să începeți cu câteva enunțuri, apoi să construiți mai multe matematici din aceste enunțuri. Declarațiile de început sunt cunoscute sub numele de axiome. Axioma este de obicei ceva care este matematic evident de la sine. Dintr-o listă relativ scurtă de axiome, logica deductivă este utilizată pentru a demonstra alte enunțuri, numite teoreme sau propoziții.

Zona de matematică cunoscută sub numele de probabilitate nu este diferită. Probabilitatea poate fi redusă la trei axiome. Acest lucru a fost realizat pentru prima dată de matematicianul Andrei Kolmogorov. Mâna de axiome care stau la baza probabilității poate fi folosită pentru a deduce toate felul a rezultatelor. Dar care sunt aceste axiome de probabilitate?

Pentru a înțelege axiomele probabilității, trebuie să discutăm mai întâi câteva definiții de bază. Presupunem că avem un set de rezultate numit spațiu de probă S. Acest spațiu de probă poate fi gândit ca un set universal pentru situația pe care o studiem. Spațiul de probă este format din subseturi numite evenimente

De asemenea, presupunem că există o modalitate de a atribui o probabilitate oricărui eveniment E. Aceasta poate fi gândită ca o funcție care are un set pentru o intrare și numar real ca ieșire. Probabilitatea evenimentE este notat de P(E).

Primul axiom al probabilității este că probabilitatea oricărui eveniment este un număr real non-negativ. Aceasta înseamnă că cea mai mică probabilitate de a fi vreodată este zero și că nu poate fi infinită. Setul de numere pe care le putem folosi sunt numere reale. Aceasta se referă atât la numere raționale, cunoscute și sub denumirea de fracții, cât și la numere iraționale care nu pot fi scrise ca fracții.

Un lucru de remarcat este faptul că această axiomă nu spune nimic despre cât de mare poate fi probabilitatea unui eveniment. Axiomul elimină posibilitatea probabilităților negative. Ea reflectă ideea că cea mai mică probabilitate, rezervată evenimentelor imposibile, este zero.

Al doilea axiom al probabilității este acela că probabilitatea întregului spațiu de probă este una. Simbolic scriem P(S) = 1. Implicit în acest axiom este noțiunea că spațiul probei este tot posibilul pentru experimentul nostru de probabilitate și că nu există evenimente în afara spațiului probei.

De la sine, acest axiom nu stabilește o limită superioară a probabilităților de evenimente care nu sunt întregul spațiu de probă. Acesta reflectă faptul că ceva cu certitudine absolută are o probabilitate de 100%.

A treia axiomă a probabilității tratează evenimentele care se exclud reciproc. Dacă E₁ și E₂ sunt se exclud reciproc, ceea ce înseamnă că au o intersecție goală și folosim U pentru a denumi uniunea P(E₁ U E₂ ) = P(E₁) + P(E₂).

Axioma acoperă de fapt situația cu mai multe (chiar și nenumărate infinite) evenimente, dintre care fiecare pereche se exclude reciproc. Atâta timp cât se întâmplă acest lucru, probabilitatea unirii a evenimentelor este aceeași cu suma probabilităților:

P(E₁ U E₂ U... U E_n ) = P(E₁) + P(E₂) +... + E_n

Deși această a treia axiomă nu poate părea atât de utilă, vom vedea că, combinată cu celelalte două axiome, este într-adevăr destul de puternică.

Cele trei axiome stabilesc o limită superioară pentru probabilitatea oricărui eveniment. Denumim complementul evenimentului E de E^C. Din teoria seturilor, E și E^C au o intersecție goală și se exclud reciproc. În plus E U E^C = S, întregul spațiu de probă.

Aceste fapte, combinate cu axiomele ne oferă:

1 = P(S) = P(E U E^C) = P(E) + P(E^C) .

Reorganizăm ecuația de mai sus și vedem asta P(E) = 1 - P(E^C). Deoarece știm că probabilitățile trebuie să fie non-negative, avem acum că o limită superioară pentru probabilitatea oricărui eveniment este 1.

Reorganizând formula din nou avem P(E^C) = 1 - P(E). De asemenea, putem deduce din această formulă că probabilitatea ca un eveniment să nu se producă este unul minus probabilitatea ca acesta să apară.

Ecuația de mai sus ne oferă, de asemenea, o modalitate de a calcula probabilitatea evenimentului imposibil, notat de setul gol. Pentru a vedea acest lucru, amintiți-vă că setul gol este complementul setului universal, în acest caz S^C. De la 1 = P(S) + P(S^C) = 1 + P(S^C), prin algebră avem P(S^C) = 0.

Cele de mai sus sunt doar câteva exemple de proprietăți care pot fi dovedite direct din axiome. Există multe alte rezultate în probabilitate. Dar toate aceste teoreme sunt extensii logice din cele trei axiome ale probabilității.