数学史概论

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下页 法国的泊松也是概率论发展史上的代表人物,他推广了 返回 大数定律和中心极限定理,并得到一种新的分布——泊松分 布。
CH8概率论的产生与发展
继拉普拉斯之后,概率论的中心研究课题是推广和改进 伯努力大数定律及中心极限定理。在这方面,俄国数学家契 比雪夫作出了突出贡献。他是彼得堡学派的创始人(19世纪 下半叶-20世纪初)。代表人物:契比雪夫、其学生马尔可 夫和李亚普诺夫。契比雪夫引入了契比雪夫不等式,并由此 证明了大数定律和中心极限定理。后来,他的学生马尔可夫 又提出了马尔可夫链,又由柯尔莫戈罗夫对这一概念进行了 发展,从而奠定了马尔可夫过程的理论基础。
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梅累的这个赌金公正分配问题却真把帕斯卡给难住了。 虽然他经过长时间的思考,但还是无法解决这个问题。
1654年,帕斯卡不得已就写信给他的好朋友费马,请费 马解决这个问题。在7月-10月中,他们通了7封信,全部有 关赌博问题。在与费马的讨论中,帕斯卡运用组合知识解决了 这一问题。帕斯卡和费马认为,梅累的分法是对的。后来,帕 斯卡又研究了更复杂的在多个赌徒间分配赌注的问题。
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(3)系统整理阶段
19世纪初,概率论的研究开始朝着系统化的方向发展, 其中拉普拉斯、泊松、高斯、契比雪夫和马尔科夫(俄)等 人作出了较大的贡献。 拉普拉斯在总结前人工作的基础上,写了《分析概率论》 一书,被誉为古典概率论系统理论的经典之作。在这本书中, 拉普拉斯首先明确给出了概率的古典定义,并在概率论中引 入了有力的分析工具,如差分方程、母函数等,从而实现了 概率论由单纯的组合计算到分析方法的过渡。由他和高斯建 立的关于正态分布及最小二乘法的理论,对于概率论研究天 文观测和物理观测的结果起了重大作用。 上页
先对各种年龄死亡人数进行统计,得到表:
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死亡年龄统计表
年龄 30 40 50 60 活到该年龄的人数 85441 78106 69804 57917 在该年龄死亡的人数 720 765 962 15426
由此表可以看出,如果一个人40岁,则他当年的死亡概 率是765÷78106=0.0098。如果一万个40岁的人参加保险, 估计1万人中死亡人数为10000×0.0098=98人。每人若付a元 的保险金,死亡时可得b元人寿保险金,则保险公司需付出 上页 98b元的人寿保险金,收支差额为10000a-98b,这就是公司下页 的利润。故保险公司能否获得利润的关键就在于能否提前比返回 较准确地确定出所保险项目中危险发生的概率。
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从历史发展的角度看,概率论的发生发展过程大致可分 为4个阶段: (1)方法的积累阶段 在帕斯卡和费马的通信中,虽然没有提出明确的概率 定义,但他们在估计赌徒获胜的等可能性时,总是利用有 利情形数与所有可能数之比。这实际上就是早期古典概率 的概念。惠更斯后来又提出了期望等基本概念,并得到加 法定理、条件概率和全概率公式等计算方法,这表明了当 时的概率已成为具有特定研究对象的一门独立学科。
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3.概率论的进一步发展
概率论的创立标志着或然数学的诞生。或然数学的分支 众多,如随机过程、随机分析、序贯分析、鞅、多元统计分 析、保险精算等。但最基本的是概率论与数理统计。概率论 是数理统计的基础,侧重理论上的分析;数理统计则侧重应 用上的研究。
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1.赌徒的难题
1653年夏天,法国著名的数学家、物理学家帕斯卡前往 一个小镇度假。在旅途中,他遇到了一个喜欢赌博的人,名 叫梅累。为了消除旅途的寂寞,梅累向帕斯卡提出了一个有 关赌博的问题,即
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一次,梅累与赌友赌扔骰子,每人押了32个金币,并 事先约定:如果梅累先掷出3个6点或其赌友先掷出3个4点, 便算赢家。很遗憾,这场赌博没有顺利赌完。当梅累扔了2 次6点,其赌友扔了一次4点时,梅累接到通知,要他马上 陪国王接见外宾。当然,君命难违,但如果各自拿回自己 的32枚金币,又不甘心,毕竟再扔一次6点,就能见分晓。 他们只好按照已有的成绩分配这64个金币。可是这却把他 们给难住了。赌友说,虽然梅累只需再扔一次6点就赢了, 但他要能再碰上2次4点也能赢。所以他认为,他应分得的 金币是梅累的一半,即64/3。但梅累却不同意,梅累认为, 即使下次赌友仍出一个4点,他还可以分得赌金的一半,加 上他下次也有一半的希望得6点,这样又可分得16个,故他上页 应至少得48个金币,即3/4×64。就这样,梅累与赌友争 下页 执不下,所以当梅累碰到大数学家帕斯卡,就迫不及待地 返回 请教他。
x e dx
2

2
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0
这使他成为最早使用概率积分的人。
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他对复数也颇有研究。如我们熟知的棣莫弗公式:
z r (cos i sin ) r (cosn i sin n )
n n n n
他还利用复数证明了求解方程 x n 1 0 等同于把圆周n等 分。
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但是,保险所涉及的实际问题很复杂。如人寿保险中死 亡的概率常会受到自杀、谋杀、车祸等非正常死亡因素的干 扰,不便于人们研究一般的规律。所以一般在概率论的研究 中,人们就选择了赌博中的扔骰子来探求偶然现象中所蕴涵 的一般规律。又因为概率问题常与大量的数据统计联系在一 起,所以概率论和数理统计就构成了研究偶然现象的或然数 学的主要内容。
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帕斯卡认为,甲已得2点,乙只有1点。如果再扔一次硬 币,要么甲全胜,赢得全部赌金;要么乙胜,甲乙点数变为 相等,甲乙平分赌金。把这两种情况平均一下,甲应得赌金 的3/4,乙应得赌金的1/4。
费马认为,要结束这场赌博,最多还需扔2次,结果为4 种等可能的情况: 情况 1 2 甲 乙 3 乙 甲 4 乙 乙
A)。Biblioteka (B)《流数法和无穷级数》(C)《曲线求积术》 (D)《运用无穷多项方程的分析学》
6、数学史上第一篇正式发表的微积分文献和作者是( D )。 (A)《流数简论》牛顿 (B)《流数简论》莱布尼兹
(C)《一种求极大与极小和求切线的新方法》牛顿
(D)《一种求极大与极小和求切线的新方法》莱布尼兹 7、下列术语不是牛顿所用的是( D )。 (A)流数 (B)最后比 (C)瞬 (D) dx
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18世纪法国的蒲丰开创了几何概率的研究。他提出了 著名的蒲丰投针问题:在一个平面上,画有一组间距为d的 平行线,将一根长度为l(l<d)的针任意投掷在这个平面上, 求此针与任一平行线相交的概率
2l p d (
)。通过该实验,可以确定 的近似 值。这个问题是第一个用几何形式表达概率问题的例子,开 创了使用随机数处理确定性数学问题的先河,对概率论的发 展起了一定的作用。
4、牛顿和莱布尼兹建立微积分时,采用了不同的符号,牛顿用 表示 的流数、导数,而莱布尼兹用 dx 表示微分。
x
x
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5、牛顿对微积分的研究建立了微积分基本定理:微分 和 积分 是 互逆的关系,并以此作为建立微积分普遍算法的基础。
CH8概率论的产生与发展 5、历史上第一篇系统的微积分文献是( (A)《流数简论》
在数学上的贡献:
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帕斯卡引进赌博的“值”的概念,即赌注×获胜的概率。 惠更斯将值改为期望,即数学期望的由来。教科书中由概率 P的概念引出期望E的概念。历史上却是由E引出了P 。 他研究了平面曲线如拽物线、对数螺线、悬链线、摆线, 对牛顿和莱布尼兹创建微积分有很大影响。 在《论求圆周率》一书中,他用边数比前辈们少的多的 多边形,得出了圆周率的近似表达式。阿基米德用96边形计 算出圆周率值,而惠更斯仅用12边形就得到了。 在《钟表的摆动》一书中,他提出了等时曲线:设想在 上页 曲线上的每一点都放一粒珠子,如果珠子沿曲线滑落到曲线 的最低点所用时间都相等,则称该曲线为等时曲线。惠更斯 下页 返回 还证明了倒置的摆线是等时曲线。
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(2)理论概括阶段
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1713年,瑞士伯努力家族的数学家雅各布.伯努力出版 了《推想的艺术》一书。他的重要贡献是建立了概率论中的 第一个极限定理即伯努力大数定律。雅各布的工作使得建立 在经验分析基础上的频率稳定性的估计理论化,概率论也由 对特殊问题的求解发展为对一般理论的概括阶段。 法国数学家棣莫弗在概率论上的贡献很大,他的《机遇 原理》是早期概率论的重要著作。在这本书中,他给出二项 分布公式,定义了独立事件的乘法定理、正态分布等概念, 并得到了中心极限定理的一部分,即棣莫弗-拉普拉斯定理 当p=q=1/2的证明,对概率论的发展作出了重大推进。此外, 上页 他在《分析杂录》中使用了概率积分
胜: 甲 甲
上页 在前面3种情况下,甲赢得全部赌金。只有第四种情况, 能使乙获得全部赌金。所以甲有权分得赌金的3/4,乙分得下页 返回 1/4。
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1655年,荷兰数学家惠更斯正好在巴黎,他了解了帕 斯卡与费马的工作后,也参加了他们的讨论。研究结果总结 成了《关于赌博中的推断》一书,这本书是公认的关于或然 数学的奠基之作,也是概率论最早的论著。 惠更斯(1629-1695):荷兰数学家、物理学家、天 文学家。生于海牙,与牛顿同时代。父亲是一位知识渊博的 外交官,多才多艺,尤其擅长数学。惠更斯从小就受到学术 气氛的家庭教育的熏陶,表现出多方面的天赋。16岁上大学, 学习法律和数学。22岁发表一篇论文,指出数学家圣文森特 在论述化圆为方问题中的错误。后来又写了论述圆锥曲线的 求积和计算圆周率的著作。26岁获法学博士学位。31岁惠更 上页 斯到巴黎和伦敦进行学术访问,结识了费马、笛卡儿及当时 下页 还年轻的牛顿、莱布尼兹,并与他们保持长期通信联系。惠 返回 更斯终身未娶,象牛顿、莱布尼兹一样,把毕生的精力都献 给了科学事业。
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在物理上的贡献:
发明了摆钟,建立了向心力定律,提出了动量守恒 原理,是光的波动理论的创始人。
帕斯卡、费马和惠更斯被称为概率论的创始人。
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2.来自保险业的推动
促使概率论迅速发展的直接动力是来自保险业的需要。 18世纪,欧洲由于工商业的迅速发展,一门崭新的事业— —保险业开始兴起。为了获得利润,保险公司必须事先确 定火灾、水灾、死亡等意外事故发生的概率,以确定保险 价格。如人寿保险的价格确定如下:
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“合理分配赌注问题”或“点数问题”或“得分问题” 被认为是概率论的起源。 甲乙两人同扔一枚硬币,规定:正面朝上,甲得1点; 反面朝上,乙得1点。先积满 s点者,赢全部赌注。假定 甲乙各得a、 b点时(a<s, b<s),赌局中止。问:应怎 样分配赌注,才算公平合理。 以 s=3,a=2,b=1 为例,即谁先得 3 点即为胜者,可得 到全部赌注。现甲得2点,乙得1 点,赌局中止,问应怎 样分配赌注,才算公平合理?
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复习题
最值问题 切线问题 1、促使微积分产生的科学问题主要有四种: 、 、 瞬时速度问题和曲线长、面积、体积、重力及引力等问题。 2、牛顿和莱布尼兹建立微积分时,牛顿主要从 力学 出发,以速度 为模型建立了微积分;而莱布尼兹则主要从 几何 出发,从作曲线上 一点的切线开始建立了微积分。 3、牛顿一生的三大发明是 流数术 、 万有引力 和光学分析。
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第八章 赌徒的难题——概率论的产生与发展
概率论是研究随机现象数量规律的数学分支。17世纪 的数学家不仅建立起以解析几何和微积分为代表的变量数 学,进一步研究必然现象及规律,而且还开始了对偶然现 象的研究,形成了概率论这一重要的数学分支。有趣的是 ,概率论的起源是对赌博问题的研究。
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