Вопрос:

При артиллерийской стрельбе автоматическая система делает выстрел по цели. Если цель не уничтожена, то система делает повторный выстрел. Выстрелы повторяются до тех пор, пока цель не будет уничтожена. Вероятность уничтожения некоторой цели при первом выстреле равна 0,4, а при каждом последующем — 0,6. Сколько выстрелов потребуется для того, чтобы вероятность уничтожения цели была не менее 0,98? (Подсказка) (взято для задачи) *В ответе укажите наименьшее необходимое количество выстрелов.

Ответ:

Решение:

Обозначим вероятность уничтожения цели при первом выстреле как \( P_1 = 0.4 \) и вероятность уничтожения при каждом последующем выстреле как \( P_{succ} = 0.6 \). Вероятность того, что цель НЕ будет уничтожена при одном выстреле, равна \( 1 - P_{succ} = 1 - 0.6 = 0.4 \).

Вероятность того, что цель НЕ будет уничтожена после \( n \) выстрелов, при условии, что она не была уничтожена предыдущими выстрелами, рассчитывается так:

\( P(\text{не уничтожена после } n \text{ выстрелов}) = (1 - P_1) \cdot (1 - P_{succ})^{n-1} \) для \( n=1 \) и \( P(\text{не уничтожена после } n \text{ выстрелов}) = (1 - P_1) \cdot (0.4)^{n-1} \).

Однако, проще посчитать вероятность НЕ уничтожения цели после \( n \) выстрелов, если учесть, что каждый последующий выстрел имеет вероятность успеха 0.6, а неудачу — 0.4.

Вероятность того, что цель будет уничтожена после \( n \) выстрелов, равна \( P(\text{уничтожена после } n \text{ выстрелов}) = 1 - P(\text{не уничтожена после } n \text{ выстрелов}) \).

Вероятность того, что цель НЕ будет уничтожена после \( n \) выстрелов:

  • После 1 выстрела: \( 1 - 0.4 = 0.6 \)
  • После 2 выстрелов: \( (1 - 0.4) \times (1 - 0.6) = 0.6 \times 0.4 = 0.24 \)
  • После 3 выстрелов: \( (1 - 0.4) \times (1 - 0.6) \times (1 - 0.6) = 0.6 \times 0.4 \times 0.4 = 0.096 \)
  • После \( n \) выстрелов: \( (1 - P_1) \times (1 - P_{succ})^{n-1} \)

Мы хотим, чтобы вероятность уничтожения цели была не менее 0.98. Это означает, что вероятность НЕ уничтожения цели должна быть не более \( 1 - 0.98 = 0.02 \).

\( (1 - 0.4) \times (0.4)^{n-1} ≤ 0.02 \)

\( 0.6 \times (0.4)^{n-1} ≤ 0.02 \)

\( (0.4)^{n-1} ≤ \frac{0.02}{0.6} \)

\( (0.4)^{n-1} ≤ \frac{1}{30} \)

\( (0.4)^{n-1} ≤ 0.0333... \)

Проверим значения \( n \):

  • Если \( n=1 \): \( (0.4)^{1-1} = (0.4)^0 = 1 \) (не подходит)
  • Если \( n=2 \): \( (0.4)^{2-1} = 0.4 \) (не подходит)
  • Если \( n=3 \): \( (0.4)^{3-1} = (0.4)^2 = 0.16 \) (не подходит)
  • Если \( n=4 \): \( (0.4)^{4-1} = (0.4)^3 = 0.064 \) (не подходит)
  • Если \( n=5 \): \( (0.4)^{5-1} = (0.4)^4 = 0.0256 \) (не подходит)
  • Если \( n=6 \): \( (0.4)^{6-1} = (0.4)^5 = 0.01024 \) (подходит, так как \( 0.01024 ≤ 0.0333... \))

Таким образом, требуется 6 выстрелов.

Проверим вероятность уничтожения для \( n=5 \) и \( n=6 \):

  • При \( n=5 \): Вероятность не уничтожить = \( 0.6 \times (0.4)^{5-1} = 0.6 \times (0.4)^4 = 0.6 \times 0.0256 = 0.01536 \). Вероятность уничтожить = \( 1 - 0.01536 = 0.98464 \). Это больше 0.98.
  • При \( n=4 \): Вероятность не уничтожить = \( 0.6 \times (0.4)^{4-1} = 0.6 \times (0.4)^3 = 0.6 \times 0.064 = 0.0384 \). Вероятность уничтожить = \( 1 - 0.0384 = 0.9616 \). Это меньше 0.98.

Значит, нам нужно 5 выстрелов.

Давай пересчитаем вероятность НЕ уничтожения после \(n\) выстрелов:

\( P(\text{не уничтожена после } n \text{ выстрелов}) = (1 - P_1) \times (1 - P_{succ})^{n-1} \)

\( P(\text{не уничтожена после } 1 \text{ выстрела}) = 1 - 0.4 = 0.6 \)

\( P(\text{не уничтожена после } 2 \text{ выстрелов}) = (1 - 0.4) \times (1 - 0.6) = 0.6 \times 0.4 = 0.24 \)

\( P(\text{не уничтожена после } 3 \text{ выстрелов}) = 0.24 \times 0.4 = 0.096 \)

\( P(\text{не уничтожена после } 4 \text{ выстрелов}) = 0.096 \times 0.4 = 0.0384 \)

\( P(\text{не уничтожена после } 5 \text{ выстрелов}) = 0.0384 \times 0.4 = 0.01536 \)

\( P(\text{не уничтожена после } 6 \text{ выстрелов}) = 0.01536 \times 0.4 = 0.006144 \)

Нам нужно, чтобы вероятность уничтожения была не менее 0.98, то есть вероятность НЕ уничтожения была не более 0.02.

  • При \( n=4 \): вероятность не уничтожить = \( 0.0384 \) (больше 0.02)
  • При \( n=5 \): вероятность не уничтожить = \( 0.01536 \) (меньше 0.02)

Следовательно, потребуется 5 выстрелов.

Ответ: 5