Перейти к содержанию

T.2 · Дискретная математика, теория вероятностей и численные методы

GRE · GRE Subject Test · GRE Mathematics · Тема 6

6

Область применения и требования

Подготовка к GRE для бакалавров. Локальные цели в рамках пересмотренного диапазона ETS; это оригинальное обучение, а не официальный тест или предиктор баллов.

Предварительные требования: Конечное счетание, элементарная вероятность, рекуррентные соотношения и производные.

  • Использовать подсчёт, рекуррентные соотношения, графовые рассуждения и логику
  • Вычислять вероятности и свойства распределений
  • Применять численное приближение и оценивать погрешность

рекуррентное соотношение: правило, связывающее член последовательности с предыдущими.

взаимоисключающие: события, которые не могут произойти одновременно.

English Русский
recurrence/rɪˈkʌrəns/ рекуррентное соотношение
mutually exclusive/ˈmjuːtʃuːəli eksˈkluːsɪv/ взаимоисключающие
6

Выбрать и обосновать метод

Сначала выберите модель подсчёта: упорядоченные выборки r различных объектов из n используют формулу n(n−1)⋯(n−r+1), а неупорядоченные подмножества — C(n,r). Полный простой граф на n вершинах имеет по одному ребру для каждой пары вершин, что даёт n(n−1)/2 рёбер; петли и кратные рёбра изменили бы модель. Для n прямых в общем положении на плоскости k-я прямая пересекает предыдущие k−1 прямых в различных точках и добавляет k областей. Общее число равно 1+n(n+1)/2; параллельные прямые или троекратное пересечение нарушают это количество.

Используйте дополнения для подсчёта хотя бы одного появления и условите вероятность на фактическое оставшееся население после выборки без возвращения. Для r независимых одинаково распределённых исходов, выбранных из n равновозможных значений, вероятность того, что все они различны, составляет n(n−1)⋯(n−r+1)/n^r при r≤n. Её дополнение считает повторяющиеся исходы. Для биномиального числа при N независимых испытаниях и фиксированной вероятности успеха p математическое ожидание равно Np, а дисперсия — Np(1−p). Равенство вероятностей само по себе не устанавливает независимость.

Рекуррентное соотношение описывает последующие значения через предыдущие и требует достаточного количества начальных данных для определения последовательности. Разделите индекс от значения: a_n=2a_(n−1) при a_0=3 даёт a_n=3·2^n. Графовые и алгоритмические рассуждения часто устанавливают рекуррентное соотношение, определяя, что новый вершина или шаг добавляют. Закрытая формула должна удовлетворять как рекуррентному соотношению, так и начальным условиям; подгонка нескольких наблюдаемых членов не доказывает её для каждого индекса.

Численное приближение требует обоснования погрешности. Метод половинного деления сохраняет скобку со сменой знака для непрерывной функции и уменьшает её ширину вдвое на каждом шаге; корень может отсутствовать, если функция не является непрерывной. Итерация Ньютона: x_new=x−f(x)/f′(x), требует ненулевого производной в текущей точке; сходимость не гарантирована автоматически из любой начальной точки. Остаточная величина приближения и его ошибка по x — это разные вещи. Указывайте предположения метода и критерий остановки, а не treats лишние отображаемые десятичные разряды как точность.

6

Разбор решения

Для f(x)=x²−2 и x₀=1, шаг Ньютона даёт 1−(1−2)/2=1.5. Следующее значение равно 1.5−0.25/3=1.4167. Эти значения приближённо вычисляют sqrt(2), однако f′(0)=0 делает ноль недопустимой начальной точкой.

Дискретная математика, теория вероятностей и численные методы: пример курса
Оригинальная иллюстрация курса; его значения принадлежат проработанному примеру, а не последующей практике.
6

Условия и контрпримеры

События с положительными вероятностями не могут быть одновременно независимыми и несовместными.

6

Направляющее применение

Четыре помеченных выбора независимы и равномерны из пяти символов, с возвращением. Найдите вероятность того, что хотя бы два выбора совпадают. Сравните количество упорядоченных и неупорядоченных выборок четырёх различных символов.

Разобранное решение

Существует $5^4$ равновероятных упорядоченных строк выбора. Количество строк без повторений равно $5\cdot4\cdot3\cdot2=120$.

$$P(\text{repeat})=1-\frac{5\cdot4\cdot3\cdot2}{5^4}=\frac{101}{125}.$$
Упорядоченные различные выборки составляют 120; неупорядоченные подмножества — $\binom54=5$. Каждое подмножество встречается в $4!=24$ порядках. Деление на $4!$ уместно только для неупорядоченного подсчёта, но не для знаменателя вероятности выбора.

6

Независимое применение

Примените метод половинного деления к $f(x)=x^3-2$ на отрезке $[1,2]$. Укажите первые две сохраняемые скобки и оценку ошибки середины после десяти делений пополам. Смена знака сама по себе оправдывает применение метода половинного деления для $1/x$ на отрезке $[-1,1]$?

Проверка после выполнения

Многочлен непрерывен; $f(1)<0<f(2)$. Первая середина равна $1.5$ с положительным значением, сохраняется $[1,1.5]$. Следующая середина равна $1.25$ с отрицательным значением, сохраняется $[1.25,1.5]$. После десяти делений пополам ширина составляет $2^{-10}$, а середина этой сохраняемой скобки отличается от закреплённого корня не более чем на $2^{-11}=1/2048$. Оценка погрешности основана на скобке, а не только на малом остатке. Для $1/x$ ноль является сингулярностью, и корня нет. Непрерывность на скобке нарушена; противоположные знаки на концах не оправдывают метод.

Интерактивные уроки по этой теме

Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.

Больше тем в GRE · GRE Subject Test · GRE Mathematics

Войти или создать аккаунт

IGCSE, A-Level & AP