由前面文章討論可知,應(yīng)用統(tǒng)計規(guī)律性討論問題時使用的最基本的討論方法是概率理論。因而本文將對概率理論中一些基本概念作簡單的介紹。
1.概率
假定進行N次的實驗,如果發(fā)生隨機事件i的次數(shù)為N,那么Ni與N之比稱之為發(fā)生隨機事件i的頻率。在一定外界條件下,增加進行實驗的次數(shù),隨機事件i的頻率就逐漸接近于一個確定值,出現(xiàn)隨機事件i的頻率的極限值稱之為隨機事件i的概率,即
對統(tǒng)計力學(xué)而言,式[3-1-1]表示在一定外界條件下,如果進行N次的測量,討論體系中處于第i個狀態(tài)的次數(shù)為Ni,則討論體系中出現(xiàn)狀態(tài)i的概率為Pi。
如果系統(tǒng)狀態(tài)的變化是連續(xù)的,則在某個狀態(tài)區(qū)間i→i+di內(nèi)的概率為:
dPi=ρ(i)di [3-1-2]
式中ρ(i)在統(tǒng)計力學(xué)中稱為概率密度,ρ(i)應(yīng)是狀態(tài)i的函數(shù)。如果i是個物理量,例如溫度、壓力等等之類,那么ρ(i)就是這個物理量的函數(shù)。故而ρ(i)又被稱為概率分布函數(shù)。求出討論系統(tǒng)在某種條件下狀態(tài)的概率分布函數(shù)是統(tǒng)計力學(xué)討論的重要內(nèi)容之一。
2.概率運算
(1)隨機事件i的概率一定滿足下列關(guān)系:
0≤Pi≤1 [3-1-3]
(2)必然事件的概率等于1;不可能事件的概率等于零。
(3)多個互斥事件和的概率等于各個事件概率的和。此即為概率加法定理。
設(shè)互斥事件的總數(shù)為i,則各個互斥事件和的概率為:
(4)如果式[3-1-4]包含有所有討論的互斥事件(共S件事件),則屬于必然事件,這樣其總概率應(yīng)等于1,即
如果系統(tǒng)狀態(tài)的變化是連續(xù)的,則其歸一化條件為:
(5)若有兩個事件,一個事件出現(xiàn)并不影響另一事件出現(xiàn)的可能性,且反之亦如此,則這兩個事件稱為獨立事件。設(shè)有r個獨立事件,多個獨立事件同時發(fā)生的概率等于各事件概率的積,即: