Binomické rozdělení

prev home next

O švýcarském matematikovi a fyzikovi Jacobu Bernoullim (1655 - 1705) jsme se zmínili v naší malé exkurzi do historie. V oblasti teorie pravděpodobnosti objevil a zformuloval tzv. Binomické rozdělení (někdy též Bernoulliho schéma).

Předpokládejme n nezávislých pokusů. Hledáme pravděpodobnost p(x) toho, že jev A nastane právě x krát – tedy opačný jev A’ nastává právě (n–x)krát. Pravděpodobnost nastání jevu A při jednom pokusu označíme p = P(A) a proto P(A’) = 1 – p = q.

Jeden takový výsledek je znázorněn touto posloupností AAA...AAA'A'...A'; nejprve nastal jev A x krát a poté opačný jev A' (n-x)krát. Pravděpodobnost takové posloupnosti jevů je

pxqn-x

Jiná posloupnost, třeba A'A'...A'AAA...AA; nejprve nastal jev A' (n-x)krát a poté x krát jev A, má stejnou pravděpodobnost   pxqn-x.

Jak vidno, dílčí výsledeky nezávisí na pořadí jevů A a A’, proto všechny takové n členné posloupnosti obsahující právě x krát jev A a (n-x)krát jev opačný A’, mají stejnou pravděpodobnost.
Takových posloupností je tolik, kolik je možností vybrat x míst pro jev A mezi n místy celé posloupnosti, což je (nx). Dohromady dostáváme:

Binomickém rozdělení

Mějme n nezávislých pokusů, ve kterých sledujeme výskyt jevu A, který nastane s pravděpodobností p∈<0; 1> a nenastane s pravděpodobností q = 1 - p (nastane jev opačný A’). Pravděpodobnost, že v n pokuse nastane jev A právě x krát je rovna

Bernulli

a mluvíme o Bernoulliovu schematu resp. o Binomickém rozdělení, značí se Bi(n,p).


obr 27 Jak je známo se střední školy, kombinační čísla (nx) lze znázornit Pascalovým trojúhelníkem.
Pravdou je, že uspořádání známé jako Pascalův trojúhelník, nacházíme už o 150 let před Pascalem v knize „Arithmetica integra“ Michaela Stifela (Norimberk 1544); a lze jej nalézt již v perské a čínské literatuře 13. a počátku 14. století.

Kdo zná binomickou větu z matematiky, zná i použití tohoto číselného uspořádání. Například podle 5. řádku píšeme:

(a + b)5 = a5 + 5a4b + 10a3b2 + 10a2b3 + 5ab4 + b5

Pro binomické rozdělení stačí dosadit za a = p a za b = q = (1-p)

1 = (p + q)5 = p5 + 5p4q + 10p3q2 + 10p2q3 + 5pq4 + q5

Binomické rozdělení popisuje četnost výskytu náhodného jevu v nezávislých pokusech, v nichž má jev stále stejnou pravděpodobnost.

obr 28 obr 29
Binomické rozdělení zobrazené pomocí modelu římské kašny – nádržky se naplní podle Pascalova trojúhelníku: 1:4:6:4:1 Galtonovo prkno s kolíčky – kuličky se náhodným mechanismem rozdělí do přihrádek podle Pascalova trojúhelníku: 1:6:15:20:15:6:1

Binomické rozdělení se vyskytuje v aplikacích velmi často. Například při zjišťování účinnosti léků a podobných přípravků na živé organizmy. Léky jako jsou insulin, penicilin atd. lze vyrábět mnoha různými způsoby. Je-li zaveden nový způsob výroby, je nutné vyzkoumat jeho účinnost a na základě výsledků stanovit správné dávkování. Velmi rozšířená metoda zkoušek účinnosti spočívá v tom, že se zvolené množství preparátu vstříkne určité skupině pokusných zvířat (například myší) a sleduje se, u kolika zvířat nastal určitý jev A (například smrt, křeče apod.). Je-li počet zvířat n a pravděpodobnost jevu A je p, pak četnost zvířat, u nichž jev A nastal, se řídí binomickým rozdělením. Čím je vstříknuté množství látky větší, tím bude pravděpodobnost p větší. Účinnost preparátu je charakterizovaná dávkou, při které je p = 1/2.



top