问题

为什么我们可以用平面取一点来证明概率为零事件能发生?

回答
这个问题很有意思,它触及了概率论中一个非常根本的、有点反直觉的结论:概率为零的事件,在某些情况下是可以发生的。 而我们常说的“平面取一点”就是一个非常直观的例子。

咱们不绕圈子,直接说重点。为什么“平面取一点”能说明概率为零的事件能发生?

首先,咱们得明白一个基本概念:概率。在咱们这里,咱们说的概率,通常是指“几何概率”。就像你往一块靶子上扔飞镖,飞镖落在哪个区域的可能性,就跟那个区域的面积占总靶子面积的比例有关。面积越大,落在里面的概率就越大。

现在,想象咱们有一个边长为 1 米的正方形,就像一张标准的A4纸那么大。我们要在上面“随便”地取一个点。什么叫“随便”呢?就是要均匀地,也就是这个正方形的任何一个位置,被取到的可能性都一样大。

这个正方形一共有多少个点呢? 哎,这就有点像是在问,一条线段上有多少个点一样。无数个。咱们可以把这个正方形想象成一个二维的平面,上面布满了密密麻麻的点。

现在,假设我们想证明一个“非常不可能”的事情会发生:我们取到的点恰好是这个正方形的左上角顶点。

这个顶点,它在正方形里算多大的“地方”呢? 一个点,它没有长度,没有宽度,也没有面积。咱们可以把它想象成一个面积为 零 的小东西。

咱们用几何概率来算算,我们取到的点恰好是那个左上角顶点的概率是多少?

概率 = (我们想要的结果的“大小”) / (所有可能结果的“大小”)

在这个例子里:

“我们想要的结果的大小”就是那个左上角顶点的面积,也就是 0。
“所有可能结果的大小”就是整个正方形的面积,也就是 1 平方米。

所以,这个事件发生的概率就是 0 / 1 = 0。

从数学上讲,概率为零意味着这个事件发生的可能性无限小,几乎不可能发生。

但是,这里就是反直觉的地方来了。虽然概率是零,但我们真的不能排除这个点恰好就是那个左上角顶点的可能性吗?

关键就在于“取一个点”。 当我们在一个连续的平面上“取一个点”时,我们并不是真的在无数个点里挑一个出来。我们是在一个 连续的、无限的集合 中进行选择。

就像你在一张无限长的线上随便画一个点,这个点落在某个特定位置(比如零点)的概率是零。但你确实可以在那条线上画出零点。

所以,虽然取到左上角顶点的概率是零,但我们 仍然可能 取到它。为什么?因为我们是在一个 无限连续的集合 中进行“选择”,而集合中每一个点(无论是不是顶点)都有一个 非零的“存在性”,即使它的“测量值”(面积)是零。

更直观一点地说:

想象一个无限大的池塘,你想在里面钓到一条特定的鱼(比如一条身上有特定标记的鱼)。虽然这条鱼可能在整个池塘里只占了极小极小的比例,甚至理论上说,它被钓到的概率趋近于零。但只要池塘里有这条鱼,你就有可能钓到它。
平面取点也是类似,虽然那个顶点在整个正方形里“占的比例”是零,但它 确实存在 在那个正方形里。

所以,平面取一点能够证明概率为零事件能发生的逻辑在于:

1. 概率为零并不等于不可能发生: 概率为零只是一个“测量”上的结果,表示在无限的可能结果中,该事件的“大小”或“度量”为零。它仍然是整个可能性空间的一部分。
2. 连续空间和无限样本: 在连续的、无限的样本空间中(比如一个平面上的所有点),即使某个特定点的“测量值”(面积)是零,它也并非不存在。所有点的“总和”才构成了整个空间,而单个点的“贡献”虽然是零,但不意味着它就被排除在外了。
3. 集合的属性: 从集合论的角度看,虽然集合的某个子集(比如一个点)的“测度”为零,但它仍然是该集合的子集。

简单来说,我们不能因为某件事发生的概率是零,就认为它在物理上或逻辑上是完全不可能发生的。在连续的空间里,我们描述的是可能性,而不是绝对的“发生”或“不发生”。取一个点,意味着我们允许这个“零概率”的事件在那个空间中被“选中”。

这和我们日常生活中理解的“概率”有点不一样。日常生活中,概率为零的事情我们基本就认为是不会发生的,比如“被天上掉下来的金子砸死”。但数学上的概率,特别是对于连续随机变量,则更精妙,它允许这些“几乎不可能”的事情,在理论上是可以发生的。

所以,下次你听到“概率为零的事件能发生”时,就想想那个正方形里的左上角顶点,它在数学上概率为零,但我们就是可以“取到”它。

网友意见

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我顺便看了下题主的主页,说学习数学和物理不能被直觉所限。那我就着这一点来讲。

集合论公理告诉我们,任何一个非空的集合都可以取出其中一个元素。(见陶哲轩实分析)复平面当然是非空集合,所以可以取出一个点,题主在问题描述里说的不对。

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