你很可能从电视上听过气象播音员这么播报:“明天有十分之一的机会是雨天。”“明天下雨的几率是十分之四。”“下雨的几率是十分之一。”
气象播音员在预测天气时要用到数学。他用“机会”和“几率”这样的字眼,表示他无法确定明天的天气。在气象人员和其他许多现代科学家的工作中,都用得到数学中的“几率论”。几率论提供科学家对于未来的天气、大量分子的活动或是大批人群的动向一种预测的准则。他们利用过去的记录,预测未来。
如果气象播音员这么说:“明天下雨的机会大约是十分之七。”这表示有人――或者是电脑,详细地阅读了过去多年的气象报告。电脑把和今天天气状况差不多的日子挑出来,然后再看看这些日子的第二天是什么样的天气。
比方说,有一百天的天气状况和今天差不多。接着那一百天的日子,有七十天下雨。所以,气象播音员可以说,像今天这样的天气,明天下雨的几率大约是百分之七十或十分之七。
当然,气象播音员会核对明天的天气状况到底如何,再把资料加入记录中。记录越多,气象播音员越能肯定他所作的预测。这就是几率论。
做做下面的实验,你就会了解科学家是怎样运用几率论的。
第一个实验:掷***钉。你需要准备一些***钉。具体方法:你可以同时掷出20个***钉,掷10次;或同时掷5个***钉,掷40次;或同时掷10个***钉,掷20次。无论你用多少个***钉掷,掷多少次,掷的***钉的总数一定要是200个。每次投掷都要做记录,记下掷的个数和钉尖朝上的个数。
苏珊和苏梅一块儿做这个实验,她们很快就做好了这张表。
她们一共掷了200个***钉,其中有112个是朝上的。
如果你问她们,下一次掷***钉,钉尖朝上的机会是多少,她们或许会说:“大约是两百分之一百一十二。”
你自己做的实验,有多少个***钉是朝上的?你会怎么预测下一次投掷的结果?
把这个实验再做一次,比较两次的结果。
两次结果相同的概率非常小,不过,你可以预测两次结果很接近。但是,到底有多接近呢?
数学家运用几率论来回答类似“多接近才算‘接近’”的问题。
你实验的结果和苏珊、苏梅的实验结果有多接近呢?
第二个实验:掷“立方八面体”。你可以用卡纸自己做一个立方八面体。右边有一个立方八面体的平面***。
在薄纸上描下平面***,把它们粘在卡纸上,然后剪下来。沿着***上的虚线折。在折之前,可以用剪刀尖和尺在虚线上划一下,会比较容易折。折好后,仔细把这个立方八面体粘好。
滚动立方八面体,它停在三角形面的几率有多大?
想知道答案,就把这个立方八面体滚动很多次,然后记下停在三角形面的次数。
好比说,滚动100次。有多少次停在三角形面?再滚动100次。有多少次停在三角形面?
比较两次实验结果。它们有多接近?
苏登和苏伍在桌上滚动立方八面体1000次,有211次停在三角形面。
你做出来的结果和他们的有什么不同?
根据他们的实验,他们可以说:立方八面体停在三角形面的几率是千分之两百一十一。
在前面两个实验中,只出现两种情形:***钉尖端不是朝上,就是倒在一边;立方八面体不是停在三角形面,就是正方形面。下一个实验中,你一次要掷10个铜板。这就会产生11种情形。0个铜板人头朝上;1个铜板人头朝上;2个铜板人头朝上……依次类推,直到10个铜板人头朝上。数学家会说,有11种可能的“结果”。
(你可以用1元硬币来试试,道理是一样的。)
掷铜板之前,你要先做一张表,以便记录。你的表可以有两栏,一栏是“人头数”,一栏是“次数”。
现在,可以开始掷了。看看每次的结果有几个人头朝上,就在那一栏画一条线做记录。
苏珊和苏梅一次掷10个铜板,各掷100次,然后把结果记在同一张表上。最后的结果是像左面这样的。
比较你所做出来的结果和她们的有什么不同。你的表和她们的表哪里相同,哪里不同?
现在,来试试你能不能利用所得到的结果来预测。如果你再掷10个铜板,可能会有几个铜板人头朝上?
5个人头
如果再掷10个铜板,7个人头朝上的几率是多少?
两百分之十九
掷10个铜板,3到7个人头朝上的几率是多少?
两百分之
你也可以用10个以上或10个以下的铜板做实验。比方说,用6个铜板。你可以邀一些朋友,用不同数量的铜板来做。每一个人都要像前面一样,记录每一次实验的结果,你们可以作出什么样的预测呢?
科学家常常使用“***表”来表示实验的结果。在***表上,数字全转换成***案表现。你也可以把掷铜板的实验结果画成表。
在苏珊和苏梅的***表中,是用一栏的一个小方格记录下每一次的实验结果。每数一次,她们就在一个小方格里涂上颜色。在“3个人头朝上”一栏中,有22个方格涂上颜色。在“6个人头朝上”一栏中,有42个方格涂上颜色。
把你的表和苏珊、苏梅的比较一下。如果你的朋友也在做掷铜板的实验,你是不是也想和他们比一比?你知道为什么比较***表,要比比较数字来得容易吗?
你投掷的铜板数和次数或许和苏珊、苏梅不同,但你们所做的***表仍然可以比较。你知道***表怎么帮助你预测下一次投掷10个铜板的结果吗?
选举之前会举行民意测验。他们会问一些人要选谁,然后运用民意测验或“抽样”的结果,预测谁会当选。
在工业上也用到抽样。有时候工人无法检验每一件产品,于是,质检员就抽取一部分的产品检查。如此一来,他们便能知道大概有多少不良产品。
你可以做一个抽样实验,实验需要:大约50个或100个黑白两色或者红蓝两色的棋子或弹珠。(如果没有棋子也没有弹珠,可以用涂色的硬币代替)
把棋子或弹珠或硬币放进袋子里。不必数有多少个,只要把它们放进袋子里就行了。摇一摇,混匀。然后拿出10个棋子。这10个棋子就是你的样本。你的样本有几个是红色的,有几个是蓝色的?
这10个样本对于预测袋子里有多少红色、多少蓝色的棋子没什么帮助,但却能帮助你预测这两种颜色棋子所占的“比例”。假设你的袋子中有红色和蓝色的棋子,而抽出的样本中有7个是红的,3个是蓝的。这表示你可以根据样本预测袋子里有十分之七,或百分之七十的棋子是红的。
这10个样本也说明了如果你从袋子中拿出一个棋子,这个棋子是红色的几率大约是十分之七。
把第一次的样本放回袋子中。摇一摇,再拿出10个棋子。现在,对于下一个抽出的棋子,你会作什么样的预测?你的预测是不是根据前两次抽出的样本?再多抽几次试试看,每一次样本都是10个棋子。
然后,把所有的棋子都倒出来,数一数两种颜色的棋子各有几个。样本中棋子颜色的比例和全部棋子颜色的比例有多接近?
你有没有发现,抽出的样本越多,也就是资料越多,预测“下一个”棋子的颜色也越正确?你预测两种颜色所占的比例,是不是越来越正确呢?
我们一开始所提到的气象播音员,情形也是如此。资料越多,他越能肯定自己所作的预测。在这儿,“肯定”不是最恰当的字眼。科学家和数学家会说:“搜集到的资料越多,我们对自己所作的预测就越有信心。”
但是,对于大自然的情况,尽管科学家有再多的资料,也无法百分之百肯定他的预测。也就是说,他无法确定某些模式会持续不变。
一个房间里的空气,有可能全部集中在一个角落里,但这是不太可能发生的事,许多资料显示这种情况不可能会发生。
抛出去的球有可能会一直飞到外太空去而不会掉下来,但大多数是不可能的,许多资料显示抛出去的球会掉回地面。
如果你的手和脸脏脏的就想上桌吃饭,也许有时妈妈不会注意到,但是大多时候……有许多资料支持这项预测呢。