談概率論中的反例教學(xué)

董留栓 霍振宏

【摘要】概率論中的反例是加深學(xué)生對(duì)概念、定理及性質(zhì)理解的重要手段，能幫助學(xué)生記牢所學(xué)知識(shí)，提高思維創(chuàng)新能力。本文從反例對(duì)概念的理解，幫助公式的學(xué)習(xí)，糾正學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力四個(gè)方面做了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】反例 概率論 教學(xué) 創(chuàng)新能力

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）27-0116-02

概率論是研究隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的數(shù)學(xué)分支，它是學(xué)習(xí)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)，它理論性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛。是高等學(xué)校工科及經(jīng)管類專業(yè)的一門基礎(chǔ)必修課，同時(shí)也是考研的一門必考課。在課堂教學(xué)中，教師正面講述概念，直接證明或給出性質(zhì)，學(xué)生往往不易接受，若教師運(yùn)用反例教學(xué)會(huì)對(duì)學(xué)生知識(shí)的理解與掌握方面幫助很大，它可以加深學(xué)生對(duì)概念及性質(zhì)的理解與應(yīng)用，達(dá)到事半功倍的效果。

反例就是要說明一個(gè)命題是假命題，通?？梢耘e出一個(gè)例子，使之具備命題的條件，而不具有命題的結(jié)論。反例是推翻一個(gè)假命題的最有效手段。學(xué)生通過舉出一個(gè)反例，可以獲得成就感，即可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、反例可以加深學(xué)生對(duì)概念的理解

概率論中的有些概念比較抽象，正面不易理解，有時(shí)學(xué)生會(huì)摸不著頭腦，這樣就影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。巧妙設(shè)置反例可以彌補(bǔ)教學(xué)中的不足，可以加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解。

例如：概率為0的事件不一定是不可能事件。多數(shù)學(xué)生易用古典概型知識(shí)理解概率為0的事件是不可能事件，但在幾何概型中“概率為0的事件不一定是不可能事件”。

如在幾何概率中，設(shè)Ω={（x，y）|0≤x，y≤1}，A={（x，y）|x=y，0≤x，y≤1}則P（A）= = =0（A，Ω為面積），可見事件A是可能發(fā)生的。學(xué)習(xí)了連續(xù)型隨機(jī)變量知識(shí)后，我們知道連續(xù)型隨機(jī)變量在某個(gè)點(diǎn)取值的概率為0，從而也說明了概率為0的事件不一定是不可能事件。

二、反例可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)公式

由于概率論中的公式很多，學(xué)生在使用公式時(shí)，若不注意公式的使用條件，極易得到錯(cuò)誤的結(jié)論。教師課堂教學(xué)時(shí)除了正面講解公式外，還應(yīng)多舉些反例（也可以讓學(xué)生舉例）以幫助學(xué)生加深對(duì)公式的理解與掌握。

例如，二維隨機(jī)變量X與Y相互獨(dú)立，則E（XY）=E（X） E（Y）。反之結(jié)論未必成立。如： 二維隨機(jī)變量（X，Y）的聯(lián)合密度函數(shù)f（x，y）= ，x2+y2≤1 0，其它，易求得：

E（XY）= xy· dxdy= x（ ydy）dx=0，

E（X）= x· dxdy=0，E（Y）= y· dxdy=0

因此，有E（XY）=E（X）·E（Y）

又當(dāng)-1≤x≤1時(shí)，fX（x）= f（x，y）dy= dy

=

故fX（x）= ，-1≤x≤1 0，其它，同理得

fY（y）= ，-1≤y≤1 0，其它

因f（x，y）≠fX（x）·fY（y），所以X與Y不相互獨(dú)立。

又如，若事件A，B滿足A？奐B，則P（A）≤P（B），反之不真。

例如，設(shè)P（A）=0.1，P（B）=0.2，P（A∪B）=0.2

由P（A∪B）=P（A）+P（B）-P（AB）得P（AB）=0.1，

故P（A-AB）=P（A）-P（AB）=0

由概率為0的事件不一定是不可能事件，這意味著可有A-AB≠？準(zhǔn)，從而未必有A？奐B。

三、反例有利于發(fā)現(xiàn)和糾正學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤

在辨析錯(cuò)誤時(shí)，由于反例具有很強(qiáng)的說服力，所以在教學(xué)中學(xué)生可以舉反例獲得正確的結(jié)論。

例如，設(shè)有4張形狀、大小、質(zhì)量完全一樣的卡片上面分別寫有數(shù)字112，121，211，222?，F(xiàn)從4張卡片中任抽一張，以隨機(jī)變量X，Y，Z分別表示抽到卡片上的第一、二、三位數(shù)字，則 P{X=1}=P{Y=1}=P{Z=1}= ，

P{X=1，Y=1}=P{Y=1，Z=1}=P{Z=1，X=1}=

故X，Y，Z兩兩獨(dú)立，但P{X=1，Y=1，Z=1}=0≠ =P{X=1}P{Y=1}P{Z=1}故X，Y，Z不相互獨(dú)立。

又如，設(shè)有一均勻正八面體，其第1，2，3，4面涂紅色，第1，2，3，5面涂黃色，第1，6，7，8面涂藍(lán)色，現(xiàn)以A，B，C分別表示投正八面體一次，底面出現(xiàn)紅，黃，藍(lán)顏色的事件，則P（A）=P（B）=P（C）= ，P（ABC）= =P（A）P（B）P（C），而P（AB）= ≠ =P（A）P（B），P（AC）= ≠ =P（A）P（C），P（BC）= ≠ =P（B）P（C），故A，B，C不兩兩獨(dú)立。

即由P（ABC）=P（A）P（B）P（C）不能得到A，B，C兩兩相互獨(dú)立的結(jié)論。

四、反例教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

概率論教學(xué)中，反例的教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維嚴(yán)謹(jǐn)性與批判性方面非常重要。在教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生自己構(gòu)造反例，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考善于動(dòng)腦的好習(xí)慣，為以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供很好的借鑒方法。提出反例需要學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，靈活運(yùn)用公式的能力及善于思考獨(dú)立解決問題的能力。這對(duì)學(xué)生提出了更高的學(xué)習(xí)要求。

例如，是否存在既非離散型又非連續(xù)型的分布函數(shù)？

如F（x）=0 x<0 0≤x<11 x≥1，由分布函數(shù)的定義可知F（x）是分布函數(shù)，由于F（x）對(duì)應(yīng)隨機(jī)變量取值不是有限個(gè)或可列多個(gè)，故F（x）不是離散型隨機(jī)變量，又因?yàn)镕（x）在x=0不連續(xù)，所以F（x）不是連續(xù)性隨機(jī)變量，即存在既不離散又不連續(xù)的分布函數(shù)。

總之，學(xué)生在學(xué)習(xí)概率論時(shí)，要注意區(qū)別概念、區(qū)別原理，在概念的理解與原理的應(yīng)用上下功夫。對(duì)知識(shí)的理解上多反問自己，善于舉反例，只有這樣才能弄清概念及性質(zhì)以達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。

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作者簡介：

董留栓（1971-），男，漢族，河南鄭州人，中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院副教授，講師，碩士學(xué)位，研究方向：群論與代數(shù)圖論。

霍振宏（1963-），男，河南鄭州人，中原工學(xué)院理學(xué)院副教授。