國立高雄大學統計學研究所
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主題:高中機率難學?
發表者:黃文璋 Email:huangwj@nuk.edu.tw 日期:2016/6/1 下午 04:12:37

早期高中數學裡的機率題材,是以古典機率為主,即以相同的可能性來解釋機率。進行一項隨機試驗,以S表所有可能的結果之集合,S稱為樣本空間,當然不要是空集合,它的任一子集合稱為一事件,S中的元素個數以|S|表之。想求一事件A的機率,其元素個數以|A|表之。由於假設相同的可能性,故每一可能的結果發生之機率皆相同,即1/|S|。因此A之機率遂定義為P(A)=|A| / |S|。當可能發生的結果很多,便不易全列出來。但想求機率,由上述定義可知,並沒必要將所有可能發生的結果全列出,只要求出其個數即可,於是便衍生出排列組合的題材。一類典型的題目是,從一支12人的籃球隊,挑5人上場,條件是一定要有那幾類的人,且一定不能有那幾類的人,想看共有幾種挑選方式。不是數多,就是數少,常把人弄得昏頭轉向。不禁懷疑,豈有球隊是如此安排陣容?昔日高中機率,讓人覺得難,主要便是受困在排列組合繁瑣的計算。至於機率的意義,由於只是一比值,因此較無人去思索背後的涵義。

今日高中數學,已刪除排列組合裡,計算較複雜的部分。但增加一些統計的題材,如信賴區間。引進信賴區間後,卻屢讓師生對機率產生困惑。例如,欲求某一銅板出現正面的機率p之信心水準95%的信賴區間,依程序得先取得一組樣本,也就是反覆投擲若干次,並觀測共出現幾個正面。由於不同的人投擲,出現的正面數不會都相同,因此各人所得之區間可能有異,但都宣稱是p之信心水準95%的信賴區間其中的95%,也就是0.95,是什麼意思?代表機率嗎?如果是機率,那些不同的區間,豈能皆有相的機率包含p?甚至,對一固定的區間,p要嘛落在此區間,要嘛不落在此區間,怎會說是有95%的信心?過去不太會去想機率究竟是什麼,一旦開始想,便愈想愈糊塗。即使何謂公正銅板,都難以解釋明白了。是每投擲2次得1個正面嗎?不是。投擲10次得5個正面嗎?不是。你隱約記得有個大數法則,那是表投擲愈多次(偶數次),愈容易得到有半數個正面嗎?也不是。事實上,書上還說,投擲次數愈多,將愈不容易得到正反面數各半,這是怎麼回事?弄到後來,連一些原本以為很簡單的問題,也都迷惑起來。例如,甲乙皆知袋中有1紅球及1白球,甲從袋中取1球放到背後,假設甲看到所取為白球,但乙沒看到,接著甲問乙是紅球的機率為何?有人以為答案就是1/2。有人認為條件不足,因沒說甲是如何取球。有人覺得這問題根本毫無意義,因明明已確定是白球,怎能要人求是紅球的機率?以上只是若干高中數學,因有信賴區間後,關於機率所產生的困擾。這是在僅討論古典機率的時代,較少會出現的。

據說邱吉爾曾在一場餐會中,要牛津大學的物理教授林德曼,用單音節的字,向賓客解釋量子力學是什麼,且時間不能超過5分鐘。諸如代數、分析,及幾何等,幾個數學中傳統的領域,歷史都極悠久。機率的發展算是較晚的,直到上個世紀的三十年代,以公理化的方式引進機率,自此機率論才成為數學一主要的領域。由此可看出,機率的涵義,乃歷經一段不短的時間,才醞釀成熟的。總之,機率裡隨機性的本質,與1永遠是12永遠是2,強調不變性的傳統數學迥異。但既放在數學課程裡,若含混帶過,難免會令有些教師感到不安。如何以淺顯的方式,對高中生解釋清楚機率的意義,以及諸如機率值會變(條件機率)這類基本概念,是要花點功夫的,也是我們未來該努力的。

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