Элементы статистики, комбинаторики и теории вероятностей в основной школе

Часто в жизни мы употребляем такие слова, как «возможно», «это невероятно», «это маловероятно» и т.д. Подобные выражения мы используем, когда говорим о событии, которое в одних условиях  может произойти, а может и не произойти. Такие события называют случайными.

События, которые при данных условиях обязательно происходит, называют достоверным. События, которые при данных условиях не могут произойти, называют невозможными.

Для отработки данных понятий можно рассмотреть упражнения, в которых нужно определить является событие достоверным, невозможным или случайным.

Оцените, какие из перечисленных событий являются достоверными, какие невозможными, а какие случайными и почему вы так считаете:

А) при бросании кубика вы получите шестерку;

Б) при бросании кубика вы получите число больше 6;

В) при бросании кубика вы получите четное число;

Г) при бросании кубика вы получите число, которое делится на 7

Д) при бросании кубика вы получите число больше 1;

Е) при бросании кубика вы получите нечетное число;

Ж) кубик, упав, останется на ребре.

В мешке лежит 10 шаров: 3 синих, 3 белых и 4 красных. Какие из следующих событий являются случайными, достоверными и невозможными и почему вы так считаете:

А) из мешка вынули 4 шара и все они синие;

Б) из мешка вынули 4 шара и все они красные;

В) из мешка вынули 4 шара, и все они оказались разного цвета;

Г) из мешка вынули 4 шара, и среди них не оказалось шара черного цвета;

Ученик задумал натуральное число. Какие из следующих событий будут достоверными, невозможными и случайными и почему вы так считаете.

А) Задумано четное число;

Б) Задумано число, не являющееся ни четным, ни нечетным;

В) Задумано нечетное число;

Г) задумано число, являющееся четным или не четным.

События А и В являются случайными, так как может быть загадано как четное, так и нечетное число. Возникает вопрос, какое из событий более вероятно:  задумано четное число или задумано нечетное число. Так как чисел четных и нечетных одинаковое количество, то оба эти события имеют равные шансы. Такие события называются равновероятными.

Также о некоторых случайных событиях мы можем сказать, что оно «маловероятно» или «очень вероятно».

  Укажите, какие из следующих событий – невозможные, достоверные, случайные, а о каких мы можем сказать, что оно «маловероятно» или «очень вероятно»:

1)    футбольный матч «Спартак» - «Динамо» закончится вничью.

2)      вы выиграете, участвуя в беспроигрышной  лотерее.

3)    в полночь выпадет снег, а через 24 часа будет светить солнце.

4)    завтра будет контрольная по математике.

5)    Вы получите «5» за контрольную работу по математике

6)    30 февраля будет дождь.

7)    вас изберут президентом США.

8)    вас изберут президентом России.

9)    круглая отличница получит двойку

10)на день рождения вам подарят живого крокодила

Если в предыдущих задачах ответы на вопросы однозначны, то здесь ответ зависит от ситуации, от того, когда и кому задан вопрос. Например, о достоверности события 4 мы можем говорить, в зависимости от дня, когда задан вопрос, если на следующий день действительно будет контрольная по математике, то это событие достоверно. При ответе на 5 вопрос учащийся, который учится на отлично и уверенный в своих силах и в этой контрольной, с уверенностью скажет, что это событие для него является достоверным. В то время как очень слабый учащийся, которому очень тяжело дается математика, в свою очередь может дать ответ, что для него событие является невозможным. Событие 9 является очень маловероятным, но, тем не менее, возможным, так как даже отличницы не застрахованы от двоек. Здесь важна роль учителя, который должен оценивать правильность тех или иных ответов, и обращать внимание, что на одни и те же вопросы разные учащиеся могут дать разные ответы, и каждый  будет прав.

Важно уже в 5 классе давать учащимся задачи следующего плана:

Данила и Наташа заспорили, кто из них будет первым читать интересную книгу. Тогда Наташа предложила сыграть в игру и книгу отдать победителю. Они взяли вертушку, которая изображена на рис.1,

          и установили следующие правила игры: каждый из них поочередно крутит вертушку; если стрелка останавливается в области 1, то 1 очко получает Наташа, а если – в области 2, то 1 очко получает Данила. Если стрелка попадает в область 3, то никто из ребят не получает очков. Кто первым наберет 20 очков, тот считается победителем и получает книгу. Как вы думаете, при таких правилах игра будет справедливой?   

  Учащиеся еще не знакомы с понятием вероятность и при ответе на вопрос должны опираться на свою интуицию. Они должны понимать, что у Наташи больше шансов выиграть, чем у Данилы, так как область 1 в два раза больше, чем область 2, и больше вероятности, что вертушка остановится в области 2.   

Очень важным элементом стохастики является анализ данных и начальным этапом анализа данных является работа с таблицами и диаграммами, которую необходимо начинать в 5 классе.

Начинать рассмотрение таблиц нужно с рассмотрения уже известных учащимся таблиц, в частности: страница классного журнала, расписание уроков и т.п. С такими таблицами учащиеся чаще всего уже уметь работать и извлекать из нее всю необходимую им информацию.

Рассмотрим расписание уроков. Учащиеся уже наверняка умеют им пользоваться, извлекать из него необходимую информацию. Из расписания можно узнать, в каком кабинете будет проходить нужный урок, определить количество уроков в день. Рассмотрим такую ситуацию: Оля – учится в 5-А классе, а ее подружка из соседнего дома в 5-Б классе, нужно узнать, по каким дням они могут вместе возвращаться домой. Имея перед собой расписание, можно быстро определить такие дни.

Часто в таблице для анализа информации необходимо бывает просуммировать содержащиеся в ней данные. Поэтому часто в таблицу включен столбик или строка «Всего» или «Итого», которые содержат полученные суммы. 

В таблице№1  представлены результаты наблюдений за погодой в течение четырех месяцев.

Таблица №1.

Заполните последний столбец.

Используя таблицу, ответьте на следующие вопросы:

1)    в каком месяце было больше всего ясных дней?

2)    В каких месяцах было одинаковое число пасмурных дней?

3)    Сколько всего пасмурных дней было за четыре месяца

4)    Сколько ясных дней было за всю зиму?

5)    Какая погода преобладала в феврале?

Здесь и работа со строками и со столбцами, и подсчет суммы нескольких ячеек.

 Часто приходится пользоваться не только готовыми таблицами, но и составлять их самим. Рассмотрим следующий пример.

Старосте класса поручили выяснить, как добираются до школы ее одноклассники. Она опросила всех учащихся и представила данные в виде таблицы:

Из таблицы видно, что староста опросила 24 ученика и половина из них добирается до школы пешком, а треть – на автобусе.

Рассмотрим пример, показывающий практическую ценность сбора и анализа статистических данных.

Вы решили в свободное время собраться классом и организовать некоторое классное мероприятие, но еще не решили, что именно. Было бы целесообразным учесть мнение большинства учащихся класса, а для этого нужно провести опрос: «Как бы вы хотели провести свободное время классом?»  и предложить варианты ответов. Результаты нужно занести в таблицу.

 Например, получили следующие результаты:

Таблица №2.

Рассматривая эту таблицу, мы делаем вывод, что лучше всего будет сходить в поход, так как большинством учащихся класса был выбран именно этот вариант.

Таблица является одним из способов представления информации, но более наглядным является графическое представление данных.  Это различные диаграммы: линейные, столбчатые и круговые.

Построим столбчатую диаграмму по нашей таблице:

По диаграмме мы сразу видим, что большинство учащихся хочет сходить в поход. И лишь два человека желают посетить планетарий.

Для представления соотношения между частями некоторого единого целого, удобно пользоваться круговыми диаграммами. Для нашего примера она будет выглядеть следующим образом:

В 5 классе учащиеся должны уметь читать диаграммы. Для отработки таких умений нужно рассматривать задания следующего типа.

Используя диаграмму №3, ответьте на вопросы:

1)    в каком месяце в селе родилось больше всего детей?

2)    В каком месяце родилось столько же детей, сколько в апреле?

3)    В какие месяцы родилось по два ребенка?

4)    Сколько детей родилось в марте?

5)    Сколько детей родилось за первую половину года?

6)    Сколько детей родилось за весь год?

§2. Методика реализации стохастической линии в 6 классе.

Основные задачи:             

· Отработка умений и навыков в составлении и подсчете числа комбинаторных наборов.

· Показать учащимся как можно решать комбинаторные задачи с помощью рассуждений. Познакомить учащихся с правилом умножения при подсчете числа возможных вариантов, сформировать умения по его применению.

· Познакомить с правилом суммы

· Формирование умений строить дерево возможных вариантов.

·  Формирование умений сравнения вероятностей разных событий (более вероятно, менее вероятно)

· Познакомить с понятиями статистической частоты и вероятности, с методом оценки вероятности через статистические испытания.

В 6 классе в теме комбинаторика продолжаем рассматривать комбинаторные задачи, на первый план выходят задачи по подсчету числа возможных вариантов.

Существует несколько подходов к преподаванию комбинаторики: теоретико-множественный, лексико-графический и теоретико-вероятностный.  В школе преимущество отдается теоретико-множественному подходу, но будет полезным частично обратиться и к лексико-графическому подходу. При таком подходе все определения опираются на представление об алфавите, словах, длине слов и др. 

Решая задачи, иногда очень удобно использовать кодирование, то есть обращение к лексико-графическому подходу.

 Рассмотрим следующую задачу: несколько стран решили использовать для своего государственного флага символику в виде трех горизонтальных полос одинаковой ширины разных цветов – белого, синего, красного. Сколько стран могут использовать такую символику при условии, что у каждой страны – свой флаг.

Мы можем  записывать наше решение следующим образом : «1 вариант: первая полоса – красная, вторая – синяя, третья – белая.» и т.д. Но это очень долго и не удобно, записывая так, сложно сориентироваться все ли варианты мы записали, и не повторились ли мы где-нибудь. Поэтому очень удобно ввести кодирование, т.е. некоторое условное обозначение перебираемых в задаче объектов. В нашем случае мы заменим первой буквой каждый цвет полосы. Белый соответственно – «Б», красный – «К» и синий – «С».  

Введя кодирование, запись решения  задачи очень упрощается. Мы имеем множество из трех элементов {Б, К, С}. Нужно составить различные комбинации из трех элементов, при этом порядок элементов учитывается. Например, запись «БКС» будет обозначать, что первая полоса флага – белая, вторая – красная, третья – синяя.  Подобные задачи мы уже решали методом непосредственного перебора и построением дерева возможных вариантов. 

При встрече 8 приятелей обменялись рукопожатиями. Сколько всего было  сделано рукопожатий?

Данную задачу можно решать методом непосредственного перебора, и уже в самом начале заметим, что довольно сложно перебирать все возможные варианты и не запутаться, не говоря уже о записи решения этой задачи. Но, введя  определенные обозначения - кодирование, решение будет очень легко  представить 

Каждому приятелю даем номер от 1 до 8, а рукопожатия закодируем следующим образом: например число 24 означает что 2-ой приятель пожал руку 4-му. При чем число 35 и 53 означают одно и тоже рукопожатие, и брать будем меньшее из них. Коды рукопожатий мы можем оформить следующей таблицей:

12, 13, 14, 15, 16, 17, 18,

23, 24, 25, 26, 27, 28,

34, 35, 36, 37, 38,

45, 46, 47, 48,

56, 57, 58,

67, 68,

78.

Таким образом, у нас получилось 1+2+3+4+5+6+7=28 рукопожатий.

После того как учащиеся научились составлять всевозможные наборы, на первый план выдвигается задача подсчета числа возможных вариантов.

Группа туристов планирует осуществить поход по маршруту Антоново – Борисово – Власово – Грибово. Из Антоново в Борисово можно сплавиться по реке или дойти пешком. Из Борисово во Власово можно пройти пешком или доехать на велосипедах. Из Власово в Грибово можно доплыть по реке, доехать на велосипедах или пройти пешком. Сколько всего вариантов похода могут выбрать туристы? Сколько вариантов похода могут выбрать туристы при условии, что хотя бы на одном из участков маршрута они должны использовать велосипеды?

Построим для этой задачи дерево возможных вариантов:

Пусть у нас «П»-обозначает путь пешком

«Р» - сплавиться по реке

«В» - доехать на велосипедах.

Ответ на второй вопрос также хорошо просматривается по дереву возможных вариантов.

Но эту задачу можно решить по-другому, с помощью рассуждений. Из Антоново в Борисово у нас 2 варианта каким образом продолжать путь, из Борисово во Власово тоже 2 варианта, т.е. на каждый вариант первого участка пути у нас есть по 2 варианта второго участка пути и того на данном этапе у нас будет 2*2=4 варианта выбора способа передвижения. На каждый из этих 4 вариантов существует по 3 варианта способа передвижения по третьему участку пути из Власово в Грибово, т.е.  4*3=12. Ответ в этой задаче мы получили умножением.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8