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「概率」是如何誕生的?

概率論起源於17世紀中葉,是研究隨機現象規律的一個數學分支。但它當時出現的原因可不是為了預測降雨的機會,或者是推算明天股票會漲還是跌。當時促使數學家們開始研究概率論的,其實是一些賭徒。

當時,歐洲的許多國家,貴族之間盛行賭博之風,擲骰子是他們常用的一種賭博方式。我們都知道,骰子是一個正方體,當它被擲到桌面上時,每個面向上的可能性是相等的,即出現1到6點中任何一個點數的可能性是相等的。法國有一位熱衷於擲骰子遊戲的貴族叫德·梅雷,1654年,他向數學家帕斯卡請教了一個親身所遇的「分賭注問題」。


「概率」是如何誕生的?

問題是這樣的:梅雷和賭友擲骰子,各自押注32枚金幣作為賭注。雙方約定:梅雷若先擲出10次「6點」,或賭友先擲出10次「4點」,就贏得全部賭注。賭博進行了一段時間,梅雷已擲出了8次「6點」,賭友也擲出了7次「4點」。這時,梅雷接到命令,要立即去陪國王接見外賓,於是這場賭博只好中斷。只是在退還金幣時梅雷不幹了,他明顯比賭友更接近勝利,不能接受平分金幣的方案;同樣賭友也不願意將金幣全部交給梅雷,因為這場賭博繼續下去的話,他一樣有機會反敗為勝。那麼,他們應該如何分這64枚金幣才算合理呢?

這一問題引發了帕斯卡的興趣,為解決這一問題,他與當時享有很高聲譽的法國數學家費馬建立了聯繫。過程中,帕斯卡和費馬一邊親自做賭博實驗,一邊仔細分析計算賭博中出現的各種問題,終於完整地解決了「分賭注問題」。他們發現,如果把擲出「4」和「6」之外的情況都看作無效局,只計算擲出「4」和「6」的有效局,那麼梅雷和賭友最多還需4局決出勝負,這四局裡可能會出現的情況合計是16種,也就是這些:(6666)、 (6664)、(6646)、(6644)、(6466)、(6464)、(6446)、(6444)、(4666)、(4664)、(4646)、(4644)、(4466)、(4464)、(4446)、(4444) 。

其中,梅雷再擲出2次「6點」(即先擲出10次「6點」)的結果有11種,賭友先擲出3次「4點」(即先擲出10次「4點」)的結果有5種,所以梅雷與賭友贏的概率之比為11∶5。因此應按11∶5的比例來分賭注,即梅雷44枚,賭友20枚。問題得到解決的同時,概率論的雛形也得以浮現。後來,人們把帕斯卡與費馬通信的日子(1654年7月29日)作為概率論的生日,公認帕斯卡與費馬為概率論的奠基人。

1657  年,荷蘭科學家惠更斯在此基礎上潛心鑽研,寫成了《論賭博中的計算》一書,第一次提出數學期望的概念,這是描述隨機變數取值的平均水平的一個量。這本書被認為是關於概率論的最早的論著。這一時期被稱為組合概率時期,可以計算各種古典概率。

18世紀,許多重要定理被提出並建立起來,使概率論獲得重要的理論基礎。1713年,貝努利在其主要著作《猜度術》中給出了「賭徒輸光問題」的詳盡解法,第一個表述並證明了概率論中,著名的「大數定律」使概率論真正成為數學的一個分支,並搭起了從概率論通向更廣泛應用領域的橋樑。1795年,法國數學家拉普拉斯總結了前人研究的成果,完成《分析概率論》這一經典著作,系統敘述了概率論的基本定理,奠定了概率論的基礎。

後來,隨著我們生產生活和科學技術中概率問題的大量出現,概率論在理論上得到迅速發展,不斷派生出一系列新的分支理論。目前,它已成為具有眾多分支的龐大數學部門,並且仍處在發展中。同時,這一新的理論具有的強大生命力,不斷得到展現。它日益得到推廣,其應用價值越來越大。到今天,這門學科已經廣泛地應用在包括數學統計、教育測量、現代理論物理學等等的各行各業中。

一個起源於賭徒爭執的問題,現在竟成為了許多事業的基礎!這在當初恐怕誰也沒能想到。不過在數學的歷史裡,這樣的案例並不少見。很多理論都起源於一些微不足道的問題,是數學家的好奇心為它施以陽光雨露,最終才培植出一棵棵根深葉茂的大樹,為人類打開更加寬廣的世界。

「概率」是如何誕生的?

作者寫於2016-07-22
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